Đồ án bộ điều khiển khả trình và tự động hóa đề tài thiết kế hệ thống điều khiểnhệ thống trộn sơn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ XÂY DỰNG =====  ===== ĐỒ ÁN BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNH VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TRỘN SƠN Họ tên : Nguyễn Thế Tài MSSV : 177365 Lớp : 65MEC2 Giáo viên hướng dẫn : Vũ Đức Công Hà Nội - 2023 Mục lục LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG Tổng quan vê hệ thống trộn sơn 1.2 Phân loại hệ thống trộn sơn 1.3 Nguyên lí làm việc hệ thống 1.4.Đề xuất nhiệm vụ hệ thống CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ Tổng quan PLC lựa chọn PLC 2.1 Bộ điều khiển logic khả trình PLC (Progammable Logic Controller) 2.2 Ưu điểm việc sử dụng PLC 2.3 Các thành phần hoạt động PLC 2.4 Phân loại PLC ứng dụng 2.5.Các thiết bị khác CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ thuật toán: 3.2 Giải thích sơ đồ thuật tốn: 3.3.Phân cổng vào 3.4.Sơ đồ nguyên lý 3.5.Viết chương trình 3.6Giải thích chương trình PLC KẾT LUẬN LỜI NÓI ĐẦU -Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ cơng nghiệp hố, đại hóa, để q trình phát triển nhanh cần tập trung đầu tư vào dây chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất, nâng cao suất   lao động cho sản phẩm có chất lượng cao Một phương án đầu tư vào tự động hoá việc ứng dụng PLC vào dây chuyền sản xuất Đối với tính tiện ích hệ thống PLC nên điều khiển sử dung nhiều lĩnh vực khác - Sơn nguyên vật liệu chủ yếu ngành xây dựng, chủ yếu sơn phủ bề mặt đối tượng đồng thời hình thức trang trí thẩm mỹ Chính vậy, màu sắc sơn yếu tố quan tâm hàng đầu Đa số việc pha màu thị trường thực theo  phương pháp thủ cơng, theo kinh nghiệm nên độ xác không đảm  bảo, chất lượng suất thấp Để loại bỏ nhược điểm trên, tạo sản phẩm theo mong muốn Hiện Program Logic Control ( hay gọi PLC) thiết bị điều khiển lập trình, sử dụng rộng rãi để điều khiển hệ thống trộn sơn Với ưu điểm vượt trội giá thành rẻ, dễ thi công lắp đặt, dễ thay sửa chữa, độ ổn định cao, đảm bảo chất lượng trình sử dụng…   Sinh viên thực CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG Tổng quan vê hệ thống trộn sơn -Hiện ngành sản suất đài gần tự động bán tự động.Đặc biệt với ngành cần xác cao việc tham gia 100% máy móc q trình sản xuất đáp ứng tiêu chí u cầu cơng nghệ.Trong ngành sản xuất sơn với đặc thù sản xuất khép kín để tránh mùi độc hại bay môi trưởng ảnh hưởn tới sức khỏe người Với công nghệ cân đo định lượng xác để pha chế an tồn cho sức khỏe người cơng nghệ pha trộn sơn thịnh hành -Có thể thấy sản phẩm sơn loại sử dụng rộng rãi nhiều đời sống người.Nó ứng dụng ngành xây dựng ví dụ : sơn nhà,sơn tơn ….Cịn nghiệp kể đến dùng để sơn xe máy,ô tô… 1.2 Phân loại hệ thống trộn sơn   Máy pha sơn tự động: loại máy pha sơn sử dụng phổ biến nhà máy sơn, cửa hàng sơn đại lý sơn lớn Máy pha sơn tự động trang bị cảm biến đo lường để tự động pha trộn thành phần sơn cách xác đồng Máy pha sơn bán tự động: loại máy pha sơn giá rẻ dễ sử dụng máy pha sơn tự động Máy pha sơn bán tự động thường trang bị điều khiển để thực pha trộn thành phần sơn theo tỷ lệ thiết lập     Hình 1.1: Máy pha sơn bán tự động Máy pha sơn bàn: loại máy pha sơn có kích thước nhỏ gọn, thường sử dụng cho cửa hàng sơn nhỏ công việc sửa chữa  bảo trì nhỏ Máy pha sơn bàn pha trộn phun sơn trực tiếp lên  bề mặt nhỏ Máy pha sơn cầm tay: loại máy pha sơn nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng di chuyển Máy pha sơn cầm tay thường sử dụng cho công việc sửa chữa nhỏ cơng trình xây dựng nhỏ Hình1.2: Máy pha sơn cầm tay -Nguyên lí hoạt động chung máy trộn sơn bán tự động cầm tay : khởi động máy, động điện truyền động đến trục khuấy làm cánh khuấy xoay vòng với tốc độ cao Cánh khuấy tiếp xúc trực tiếp với phần dung dịch sơn, khuấy thành phần cho thành phẩm hoàn chỉnh nước sơn mịn mượt, khơng vón cục hay đặc -Ưu điểm:    Giá thành rẻ Dễ dàng sử dụng Thiết bị nhỏ gọn -Nhược điểm :   Chỉ làm với số lượng nhỏ  Năng suất công việc không cao -Tại thời điểm nhà máy,công ty tư nhân đa số thường dùng loại máy pha sơn tự động lợi ích đem lại hiệu +Ưu điểm : Nhanh độ xác cao   Sức lao động nhân cơng giảm   Đẩy nhanh q trình sản xuất +Nhược điểm: Vốn đầu tư lớn   Cần người điều khiển có chun mơn cao   Chi phí bảo dưỡng cao -Vậy nên báo cao bọn em tìm hiểu cơng nghệ ngun lý hoạt động chu trình hệ thống trộn sơn tự động 1.3 Nguyên lí làm việc hệ thống -Hệ thống trộn sơn gồm có      Các cảm biến S1,S2,S2,S3,S4,S5 Các nút ấn khởi động Đèn báo trạng thái Van đóng mở  Bơm - Khởi động hệ thống nút Start, dừng hệ thống nút Stop - Hai chất lỏng bơm vào bình trộn nhờ hai bơm A B Máy bơm hoạt động sau mở van 5s - Hai cảm biến S1 S2 dùng để báo trạng thái chất lỏng chảy vào bình Nếu sau khởi động 5s hai cảm biến không phát có chất lỏng chảy vào bình dừng chương trình báo đèn cố máy bơm bên ngồi - Một cảm biến S3 báo bình chứa đầy dừng hai máy bơm, sau máy  bơm dừng 2s khóa van bơm - Một cảm biến S4 báo đủ chất lỏng bình trộn bắt đầu cho phép động cơ  trộn hoạt động dừng trộn sau 10s chất lỏng bình đầy - Sau chất lỏng bình trộn (động trộn ngừng hoạt động) Van xả mở, chất lỏng xả hết cảm biến S5 tác động khóa van xả lại - Q trình tự động lặp lại theo chu trình mơ tả Nếu chu trình thực nhấn nút dừng hệ thống dừng lại   Hình 1.3: Hệ thống trộn sơn tự động 1.4.Đề xuất nhiệm vụ hệ thống -Lựa chọn PLC phù hợp với yêu cầu công nghệ -Phân tích u cầu cơng nghệ -Xây dựng thuật tốn viết chương trình PLC điều khiển hệ thống -Vẽ sơ đồ mạch điện CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ Tổng quan PLC lựa chọn PLC 2.1 Bộ điều khiển logic khả trình PLC (Progammable Logic Controller) -PLC (Programmable Logic Controller) thiết bị điều khiển lập trình, thiết kế chun dùng cơng nghiệp để điều khiển tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà thực loạt chương trình kiện, kiện kích hoạt tác nhân kích thích (hay cịn gọi đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua định thời (Timer) hay kiện đếm qua đếm Khi kiện kích hoạt bật ON, OFF phát chuỗi xung thiết bị bên gắn vào đầu PLC Như ta thay đổi chương trình cài đặt PLC ta thực chức khác nhau, môi trường điều khiển khác -Bộ điều khiển lập trình (Programmable controller) hình thành từ nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968, với ý tưởng ban đầu thiết kế điều khiển thỏa mãn yêu cầu sau: Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì sữa chữa Đảm bảo độ tin cậy môi trường công nghiệp Giá cạnh tranh Hình 2.1: PLC năm 1969 -Tuy nhiên, thiết bị đơn giản cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn việc vận hành hệ thống Vì nhà thiết kế bước cải tiến thiết bị làm cho thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, việc lập trình cho hệ thống cịn khó khăn, lúc khơng có thiết bị lập trình ngoại vi hổ trợ cho cơng việc lập trình -Để đơn giản hóa việc lập trình, thiết bị điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) đời vào năm 1969 Điều tạo phát triển thực cho kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn thiết bị điều khiển lập trình (PLC) đơn giản nhằm thay hệ thống Relay dây nối hệ thống điều khiển cổ điển Qua trình vận hành, nhà thiết kế bước tạo tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn là: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang (The Diagram Format) Hình 2.5.5: Cảm biến hồng ngoại 2.5.6 Rơ le - Dùng rơle trung gian Omron LY2N DC24 để đóng, ngắt động bơm, trộn  Số cực: cực   Điện áp cuộn dây: 24VDC   Thời gian đóng, ngắt: 25ms   Tần số hoạt động: 1800 lần/giờ   Tuổi thọ đóng, ngắt trung bình: 500 nghìn lần   Nhiệt độ môi trƣờng làm việc: -25oC ~ 70 oC   Điện trở cách điện: 100M Ω  Hình 2.5.6: Rơ le điện 2.5.7.Đèn báo trạng thái - Sử dụng đèn màu xanh dương để báo trình trộn  - Sử dụng đèn màu đỏ để báo dừng trình trộn - Sử dụng đèn màu xanh để báo đầy sơn bồn chứa - Sử dụng đèn màu vàng để báo hết sơn bồn chứa 23 Hình 2.5.7: Đèn báo trạng thái CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TỐN VÀ CHƯƠNG TRÌNH PLC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 3.1 Lưu đồ thuật tốn: 24 Hình 3.1: Lưu đồ thuật tốn 3.2 Giải thích sơ đồ thuật tốn: - Bắt đầu q trình trộn sơn nút START hệ thống bắt đầu hoạt động khơng nút STOP, hệ thống dừng hoạt động - Muốn dừng hệ thống ấn nút STOP - Kiểm tra lỗi bắt đầu có lỗi báo lỗi nháy đèn 6s STOP Nếu khơng có lỗi tiếp tục q trình - Van van ON dẫn chất lỏng vào bồn chứa:  Trường hợp 1: Nếu van van ON cảm biến mức S2 khơng OFF quay báo cố báo lỗi nháy đèn 6s STOP 25 Trường hợp 2: Nếu van van ON cảm biến mức S2 OFF chất lỏng vào bình trộn cảm biến mức S1 nhận tín hiệu đầy chưa đầy tiếp tục cho chất lỏng vào bình Sau chạm mức S1 ON đóng van van lại Động trộn hoạt động quay theo chiều thuận 5s, quay theo chiều nghịch 5s Rồi lặp lại trình quay thuận ngược với chu ký lần tự động dừng động trộn Trộn xong Van X mở để xả chất lỏng trộn ngồi Q trình xả sảy trường hợp:  Trường hợp 1: Nếu xả van X mà cảm biến mức S1 không OFF quay báo cố báo lỗi nháy đèn 6s STOP  Trường hợp 2: Xả van X mà cảm biến mức S1 OFF tiếp tục xả cảm biến S2 ON  Trường hợp 3: Khi S2 không ON tức S1 chưa OFF quay cố S1 đèn báo lỗi đèn nháy 6s Stop Khi xả hết chất lỏng bình đóng van xả X hệ thống tự động hoạt động lặp lại hết mẻ trộn tự động dừng Kết thúc trình 3.3.Phân cổng vào -Cổng vào:  - - - In Put Kí hiệu Ý nghĩa X0 Nút start Tín hiệu khởi động X1 Nút stop Tín hiệu dừng X3 Nút reset Tín hiệu reset khởi động lại q trình X4 S1 Tín hiệu cảm biến mức chất lỏng bình đầy X6 S2 Tín hiệu cảm biến mức chất lỏng bình hết -Cổng ra: Out Put Kí hiệu Ý nghĩa Y0 VAN Tín hiệu điều khiển van Y1 VAN Tín hiệu điều khiển van 26 Y2 QUAY THUẬN Tín hiệu điều khiển motor quay thuận Y3 QUAY  NGHỊCH Tín hiệu điều khiển motor quay nghịch Y4 OUT VAN X Tín hiệu điều khiển van X Y6 ĐÈN BÁO Báo lỗi 3.4.Sơ đồ nguyên lý Hình 3.4: Sơ đồ ngun lí 3.5.Viết chương trình 27 28 29 30 3.6Giải thích chương trình PLC - Ấn X0 để START, tiếp điểm M0 hoạt động trì X0 Điều kiện để START M1 (STOP), M40 (báo lỗi) OFF 31 - Nếu muốn dừng ấn X1 (STOP) Khi ấn X1 M1 hoạt động trì, Y4 (Van X) xuống chế độ OFF Điều kiện để STOP M40 (báo lỗi) OFF - Bấm RESET C4 (ngắt mẻ trộn) hoàn thành M40 (báo lỗi) ON - Sau START M0 ln ON, Y0 (van 1) Y1 (van2) mở, đưa C2 sang chế độ ON Điều kiện để Y0 (van1), Y1 (van2) ON C4 (ngắt mẻ trộn), Y4 (van X), X4 (S1), M2 (motor) OFF 32 - M0 ON C2 (ngắt khuấy) ON đưa M2 (motor) OFF, Y4 (van X) ON Điều kiện để Y4 (van X) ON X4 (S1) ON, X6 (S2) OFF - M0 ON M2 (motor) lên chế độ ON Điều kiện để M2 ON X4 ON, C2 OFF - Khi M2 ON: +) Y2 (quay thuận) ON M20 (ngắt quay thuận nghịch) OFF +) Y3 (quay nghịch) ON M20 (ngắt quay nghịch) ON +) T2 thời gian motor quay xong chu kì 10s +) Lệnh so sánh T2 nhỏ 5s Y2 ON Cịn T2 lớn 5s nhỏ 10s Y3 ON +) Sau đủ 10s T2 ON, C2 báo dánh dấu lại xong chu kì Lặp lại đủ chu kì 33 +) Điều kiện để M20 (ngắt thuận nghịch) ON ≤ T2 ≤ K50 (5s) - M0 ON Khi đủ chu kì thuận nghịch, Y4 (Van X) ON Đến X6 (S2) ON Y4 chuyển chế độ OFF Đồng thời C4 (ngắt mẻ trộn) báo đánh dấu lại xong mẻ - Quá trình lặp lại đủ mẻ tự động dừng Nếu muốn thực lại bấm X3 (RESET) - M0 ON +) Nếu Y0, Y1 ON mà X6 khơng OFF T6 = 5s báo lỗi +) Nếu Y4 ON mà X4 không OFF T4 = 15s báo lỗi 34 - Khi lỗi ON thi M40 (báo lỗi) ON - Khi M40 ON Y6 (đèn báo) ON Lệnh RST Y4 ON Và sử dụng đếm T10 để đếm thời gian nháy đèn Lệnh so sánh T10 nhỏ 6s biến trung gian M10 OFF cịn lớn 6s nhỏ 12s M10 ON - Muốn tiếp tục trình bấm X3 (RESET) bấm X0 (START) để tiếp tục 35 KẾT LUẬN Sau thời gian làm đồ án hướng dẫn thấy Vũ Đức Công giúp đỡ bạn em hoàn thành xong đồ án mơn học mình.Đồ án giúp em hiểu biết thêm ngành sơn Việt nam giới lịch  phát triển công nghệ.Đặc biệt cịn giúp em nắm kiến thức PLC lập trình số kỹ khác.Tuy nhiên thời gian nghiên cứu hạn chế kiến thức có hạn nên em cịn nhiều thiếu sót,em mong nhận góp ý thầy để em tiến hơn,bổ sung thêm nhiều kiến thức cho mình.Đây kết mà em thu : - Kiến thức điều khiển - Lập trình PLC - Xây dựng hệ thống đấu nối sơ đồ điện - Ứng dụng kiến thức học lớp để hoàn thiện đồ án Với phát triền ngành cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước em muốn mơ hình hệ thống trộn sơn đưa vào nhiều nhà máy pha trộn Đồng thời với đất nước phát triền vươn tầm xa Khi hồn thành xong đề tài em cịn nhiều chỗ thiếu xót chưa tốt cho với giúp đỡ thầy cô bạn em hồn thành đồ án mình.Em xin chân thành cảm ơn 36 37