Nghiên cứu hệ thống điều khiển máy xếp bánh tự động trong dây chuyền sản xuất bánh trung thu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY XẾP BÁNH TỰ ĐỘNG TRONG DÂY TRUYỀN SẢN XUẤT BÁNH TRUNG THU NGÀNH : CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ MÃ SỐ : 7510203 Giáo viên hướng dẫn : TS Hoàng Sơn Sinh viên thực : Ngô Xuân Mạnh Mã sinh viên : 1851050343 Lớp : K63 - CĐT Khóa học : 2018 - 2022 Hà Nội - 2022 LỜI NĨI ĐẦU Q trình thực khóa luận tốt nghiệp giai đoạn quan trọng quãng đời sinh viên Khóa luận tốt nghiệp tiền đề nhằm trang bị cho chúng em kỹ nghiên cứu, kiến thức quý báu trước lập nghiệp Trước hết, em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô khoa Cơ điện Cơng trình Đặc biệt thầy, mơn Kỹ thuật điện Tự động hóa tận tình dạy trang bị cho em kiến thức cần thiết suốt thời gian ngồi ghế giảng đường, làm tảng cho em hồn thành khóa luận Cùng với cố gắng thân nhận giúp đỡ, bảo tận tình thầy giáo môn, đặc biệt hướng dẫn thầy giáo Ts.Hoàng Sơn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em mong nhận đợc góp ý, bổ sung thầy cô giáo bạn để đồ án tốt nghiệp em hoàn thiện Em xin gửi tới thầy giáo Ts.Hoàng Sơn tồn thể thầy giáo mơn lời cảm ơn chân thành Tuy nhiên điều kiện lực thân cịn hạn chế, chun đề khóa luận tốt nghiệp chắn không tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận đóng góp ý kiến thầy giáo, bạn bè để khóa luận em hoàn thiện Em xin trân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 23 tháng 09 năm 2022 Sinh viên thực (Chữ ký, họ tên) Mạnh Ngô Xuân Mạnh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: Mã sinh viên: Lớp: Kết luận: Đồng ý/Không đồng ý cho sinh viên…………nộp báo cáo khóa luận tốt nghiệp Hà Nội, ngày…… tháng……năm…… GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Chữ ký, Họ tên) NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ tên sinh viên: Mã sinh viên: Lớp: GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, Họ tên) MỤC LỤC PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 PHẦN 2: NỘI DUNG KHÓA LUẬN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT BÁNH TRUNG THU VÀ MÁY XẾP KHAY TỰ ĐỘNG 1.1 Tổng quan dây truyền sản xuất bánh trung thu .1 1.1.1 Máy trộn bột 1.1.3 Máy dập tạo hình bánh tự động .3 1.1.4 Máy xếp bánh vào khay tự động .3 1.1.5 Máy nướng bánh .4 1.1.6 Máy đóng màng bánh Khi bánh đóng màng hồn chỉnh cơng nhân dán tem xếp vào thùng bánh phân loại bánh Sau vận chuyển kho đóng hộp xuất 1.2 Giới thiệu máy xếp khay tự động CHƯƠNG : HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CHẤP HÀNH 2.1 Sơ đồ khối cấu tạo 2.1.1 Tổng quan PLC .7 2.1.2 Xây dựng sơ đồ khối hệ thống .8 2.1.3 Cảm biến 10 2.2 Giới thiệu động 11 2.2.1 Động DC .11 2.2.2 Động điện xoay chiều 13 CHƯƠNG 3: CẤU TẠO TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 15 3.1 Cấu tạo tủ điện 15 3.1.1 Sơ đồ nguyên lí máy xếp 16 3.1.2 Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển tủ điện 17 3.2 Biến tần 17 3.1.2 Bộ điều khiển PLC S71200 21 3.2 Tủ điện .22 CHƯƠNG 4: THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 25 4.1 Các bước xây dựng chương trình điều khiển .25 4.1.1 Cấu hình phần cứng khởi tạo khối khởi động 25 4.1.2 Khởi tạo Block chương trình 26 4.2 Lưu đồ thuật toán điều khiển .27 4.2.1 Bố trí đầu vào PLC hệ thống điều khiển 27 4.3.Lập trình 29 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 55 Kết luận 55 Kiến nghị .55 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.2 Chức thiết bị tủ điều khiển 15 Bảng 2.1 Bố trí đầu vào PLC hệ thống điều khiển 28 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ máy dây chuyền sản xuất bánh Trung Thu .1 Hình 1.2: Máy trộn bột Hình 1.3: Máy bọc nhân (máy đùn nhân, đùn vỏ) Hình 1.4: Máy tạo hình bánh .3 Hình 1.5: Máy xếp bánh vào khay Hình 1.6: Máy nướng bánh Hình 1.7: Máy đóng màng bánh Hình 1.8: Dây chuyền đóng bao bì dây chuyền sản xuất bánh kẹo Hình 1.4 Máy xếp khay tự động Trung Quốc .6 Hình 1.5 Máy xếp khay tự động KS-YJ-860 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Hình 2.2 So sánh ưu điểm hệ PLC so với kết nối cứng dùng relay timer .8 Hình 2.3 Sơ đồ khối .8 Hình 2.4 Cấu trúc chung Relay trung gian .9 Hình 2.5 Cảm biến hồng ngoại E3F-DS10C4 10 Hình 2.6 Một số động DC 12 Hình 2.7 Cấu tạo động DC 12 Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động động DC 13 Hình 3.1 Hệ thống điều khiển máy xếp khay tự động .15 Hình 3.2: Biến tần Mitsubishi FR-A740-22KW,3P-380 18 Hình 3.3 Mặt ngồi tủ điện 22 Hình 3.4 Nút nhấn 23 Hình 3.5 Khối nguồn 24V 24 Hình 4.1 Cấu hình phần cứng, khởi tạo Block khởi động .25 Hình 4.2 Thanh cơng cụ hỗ trợ lập trình 26 Hình 4.3 Khởi tạo Block chương trình 26 Hình 4.4 Giao diện làm việc chương trình .26 Hình 4.5 Chương trình truyền thơng 29 Hình 4.6 Sự liên kết giao tiếp HMI với chương trình PLC 29 PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Lý chọn đề tài Ngày nay, công nghệ điện tử tin học ngày phát triển, góp phần ứng dụng mạnh mẽ vào công nghệ ngành công nghiệp sản xuất Đặc biệt điều khiển chương trình đáp ứng hầu hết yêu cầu đề sản xuất cơng nghiệp đại hóa Tốc độ sản xuất phải nhanh hàng loạt, chất lượng cao chế phẩm, giảm nhân cơng lao động, thời gian nghỉ máy tối thiểu PLC thiết bị tự động hóa chuyên dùng điều khiển, sử dụng thay thiết bị điều khiển cũ có tốc độ xử lí chậm tính xác thấp Với PLC thay đổi chương trình vận hành theo ý muốn – điều thực dễ dàng thông qua phần mềm Hiện nay, không áp dụng sản xuất mà PLC áp dụng rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp, đặc biệt ngành công nghiệp nặng, dây truyền, hệ thống điều khiển cấp cao Để hiểu công nghệ điều khiển xuất phát từ thực tế tính ứng dụng PLC, em chọn đề tài: “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển máy xếp khay tự động sản xuất bánh trung thu ” để làm khóa luận tốt nghiệp Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu hệ thống điều khiển máy xếp khay tự động dây chuyền sản xuất bánh Trung Thu sử dụng PLC Từ vận hành , cải tiến theo yêu cầu công ty Đối tượng nghiên cứu - Máy xếp khay tự động YJ-860A Phạm vi nghiên cứu - Bộ điều khiển cho hệ thống điều khiển máy xếp khay tự động dây truyền sản xuất bánh Trung Thu Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu qua sách báo, mạng phương tiện thông tin khác - Phương pháp kế thừa: Kế thừa nghiên cứu trước đồng nghiệp Kết thu - Biết cấu tạo hệ thống tủ điện điều khiển, nguyên lý mạch điều khiển, viết thuật toán điều khiển chương trình điều khiển máy xếp khay tự động giúp cho máy vận hành sản xuất Bố cục khóa luận - Khóa luận chia làm chương: Chương 1: Tổng quan dây chuyền sản xuất bánh Trung Thu Chương 2: Hệ thống điều khiển chấp hành Chương 3: Nghiên cứu hệ thống tủ điện điều khiển Chương 4: Xây dựng thuật toán chương trình điều khiển - Ứng dụng: + Cơng tắc nút nhấn sử dụng nhiều ứng dụng khác máy tính, điện thoại nút nhấn nhiều thiết bị gia dụng Trong số trường hợp, nút nhấn kết nối thơng qua liên kết học, điều khiển nút nhấn khác hoạt động + Đa số, nút có màu sắc cụ thể để biểu thị mục đích chúng *Khối nguồn Có vai trị cấp nguồn cho khối hệ thống Khối nguồn 24V biến đổi điện xoay chiều 220V/50HZ thành điện chiều 24V cấp điện cho thiết bị Hình 3.5 Khối nguồn 24V Thơng số nguồn 24V Sản phẩm Lighting Transformers Thương hiệu IMC Điện áp đầu vào 110V-220V điện áp đầu 24V Dòng định mức 3A 24 CHƯƠNG 4: THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 4.1 Các bước xây dựng chương trình điều khiển - Mỗi hãng PLC có phần mềm lập trình khác Với PLC Delta lựa chọn dùng phần mềm để lập trình điều khiển Trong nội dung WPLSOFT2.49 trình bày xây dựng chương trình điều khiển - Lựa chọn phương pháp lập trình: Do có 15 kiểu hình, hình cần điều kiện đầu vào khác (Kích thước, góc uốn, số lần uốn, ) tùy theo lựa chọn người điều khiển Trong có đầu điều khiển cấu chấp hành Cho nên bọn em chọn lập trình ngơn ngữ Larder 4.1.1 Cấu hình phần cứng khởi tạo khối khởi động Khởi động phần mềm WPLSOFT2.49 lên, vào File chọn “New” cấu hình phần cứng chọn ngơn ngữ lập trình điều khiển Tiếp cửa sổ đặt tên cho khối Block khởi động xuất hiện, tiến hành đặt tên cho Block chọn kiểu Block Type Ladder Block ấn Execute Hình 4.1 Cấu hình phần cứng, khởi tạo Block khởi động Tạo xong Block khởi động, giao diện làm việc xuất với khung: + Khung bên trái thể chương trình Project + Khung bên phải thể lập trình ledder cho khối khởi động Khung bên trái có khung Ladder thể cho khối khởi động Vì tín hiệu khởi động nên có Kích chuột vào khối Ladder srồi chọn sang khung bên phải để lập trình ledder cho khối khởi động Sử dụng phím F5 cơng cụ giao diện 25 Hình 4.2 Thanh cơng cụ hỗ trợ lập trình 4.1.2 Khởi tạo Block chương trình Kích chuột phải vào khối Project chọn program chọn Ledder Diagram kết hình bên Hình 4.3 Khởi tạo Block chương trình Tạo xong ta có giao diện làm việc gồm phần có đối tượng làm việc sau: + Phần bên trái: Để tạo chương trình project + Phần bên phải để lập trình ledder cho khối điều kiện chuyển đổi Hình 4.4 Giao diện làm việc chương trình 26 4.2 Lưu đồ thuật tốn điều khiển 4.2.1 Bố trí đầu vào PLC hệ thống điều khiển Từ yêu cầu điều khiển, thiết bị cần có điều khiển máy uốn sắt trình bày bảng 1.1 Khóa luận tiến hành bố trí đầu vào tín hiệu cho PLC Các đầu vào bố trí bảng 2.1 27 Bảng 2.1 Bố trí đầu vào PLC hệ thống điều khiển Chức Đầu Chức X00 Nhận tín hiệu từ ENCODER Y00 Tới tiến X01 Nhận tín hiệu cảm biến Y01 Tới lùi X02 Nút ấn có đèn màu xanh chạy -run Y02 Xoay X03 Nút ấn có đèn màu đỏ dừng - stop Y03 Đùn khay X04 Nút ấn không đèn màu xanh – tới Forward Y04 Di chuyển ngang X05 Nút ấn không đèn màu xanh – Lùi Back Y05 Di chuyển dọc X06 Chế độ chuyển mạch tiến X07 Chế độ chuyển mạch thay khay Đầu vào Đầu vào PLC bao gồm: + chân nhận tín hiệu từ encoder X00 + nhận tín hiệu từ cảm biến + X02, X03, X04, X05 chân nhận tín hiệu từ nút bấm + Đối với X06, X07, đấu thông qua công tắc chuyển mạch, đồng thời công tắc chuyển mạch cấp nguồn cho cảm biến hoạt động, nghĩa X07 có tín hiệu đồng thời cảm biến hoạt động Đầu PLC + Y00 xuất tín hiệu bật van điện điều khiển cho động quay thuận + Y01 xuất tín hiệu bận van điện điều khiển cho động quay ngược + Y02 xuất tín hiệu bật van điều khiển xoay, tiến đến chạm vị trí cảm biến hết Timer uốn van đóng lại + Y03 xuất tín hiệu bật van điều khiển đùn khay thu vị trí ban đầu + Y04 xuất tín hiệu bật van điều khiển bật tính Timer cố định + Y05 xuất tín hiệu bật van điều khiển xilanh thu vị trí ban đầu 28 4.3.Lập trình Yêu cầu: Xây dựng chương trình điều khiển uốn sắt theo 15 kiểu hình thiết kế giao diện HMI nội dung - Bước 1: Viết truyền thơng Hình 4.5 Chương trình truyền thơng - Bước 2: Xây dựng chương trình ladder điều khiển Để hoạt động theo nguyên lý trên, chương trình lập trình phần gán biến giao diện HMI phải liên kết chặt chẽ với sau Hình 4.6 Sự liên kết giao tiếp HMI với chương trình PLC Cho phép tới D1 tời tới D2 29 Tời tới D3 D4 D5 D6 30 Cắt Chương trình thực 31 32 33 34 35 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu đề tài này, đến chương trình máy xếp khay tự động đưa vào trực tiếp dây truyền sản xuất tự động với công suốt cao Ưu/nhược điểm: - Ưu điểm: + Tự động thực chương trình thời gian dài + Đáp ứng đầy đủ yêu cầu đề tài + Hiển thị rõ ràng - Nhược điểm: + Chi phí cao - Kết quả: - Áp dụng cho dây chuyền sản xuất lớn, liên tục thời gian dài Việc phát triển PLC chương trình tự động vào sản xuất giúp ích nhiều cho người khâu vận chuyển lĩnh vực giao thông – vận tải, cơng nghiệp, dịch vụ…- Giảm đáng kể chi phí vận chuyển hàng hóa- Tiết kiệm thời gian, cơng sức- Đảm bảo an tồn mức cao- Có thể làm việc môi trường ô nhiễm cao 54 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thực xong nội dung nghiên cứu đề tài, em rút số kết luận sau: - Phân tích tổng quan dây chuyền sản xuất bánh Trung Thu hệ thống máy kèm dây chuyền sản xuất bánh Trung Thu, vị trí chức máy xếp khay tự động - Phân tích cấu trúc tổng quát hệ điều khiển máy xếp khay tự động phần tử có hệ thống điều khiển máy xếp khay tự động - Phân tích tổng hợp tủ điện điều khiển xây dựng sơ đồ khối mạch điều khiển - Xây dựng thuật tốn lập chương trình điều khiển PLC cho máy xếp khay tự động đảm bảo máy chạy đạt suất ổn định theo yêu cầu nhà máy Kiến nghị - Trên Kết Quả Nghiên Cứu em trình làm tốt nghiệp Đề nghị Bộ Môn Khoa Cơ Điện Cơng Trình cho em phép bảo vệ Khóa Luận Tốt Nghiệp 55 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu [1] TS Nguyễn Tiến Dũng - Tăng Văn Mùi, Giáo trình “Điều khiển logic lập trình PLC” Nhà xuất Thống kê [2] TS Nguyễn Trong Danh, Giáo trình “Điều khiển PLC” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, năm 2014 [3] TS Nguyễn Viết Ngư, Ths.Nguyễn Phúc Đáo, Giáo trình “Điều khiển hệ thống khí nén – thủy lực” Nhà xuất Hưng Yên, năm 2013 [4] Nguyễn Ngọc Phương, Huỳnh Nguyễn Hoàng, “Hệ thống điều khiển thủy lực” Nhà xuất giáo dục, năm 2000 [5] TS Nguyễn Ngọc Phương - Trần Thế Sang, Giáo trình “PLC Lập trình Thiết kế mạch” Nhà xuất Đà Nẵng [6] TS Nguyễn Ngọc Phương – Trần Thế Sang, Giáo trình “PLC Lập trình ứng dụng công nghiệp” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, năm 2011 [7] PGS.TS Hồng Minh Sơn, Giáo trình “Mạng truyền thông công nghiệp” Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, năm 2007 [8] Ths.Nguyễn Xuân Nguyên – Ths.Lê Xn Phong, Giáo trình “Mạng truyền thơng cơng nghiệp” Khoa điện – Trường Cao đẳng Cơ điện Hà Nội Website http://www.123doc.net http://codientu.org http://tailieu.vn http://unlockplc.com 56