“Thiết kế mô hình điều khiển vị trí băng tải sử dụng động cơ ac servo”

Trên cơ sở những vấn đề đã đưa ra, đồ án: “Thiết kế mô hình điều khiển vị trí băng tải sử dụng động cơ AC Servo” được hình thành. Đồ án này gồm có mô hình điều khiển vị trí băng tải sử dụng động cơ AC Servo hoạt động chính xác. Băng tải sử dụng động cơ AC Servo được kết nối với PLC để giúp người dùng kiểm soát tốt và dễ dàng kiểm soát tốc độ, thời gian hoạt động của hệ thống. Mô hình được thiết kế có tính an toàn cao, có khả năng điều khiển bằng tay hoặc tự động

LỜI MỞ ĐẦU Hiện ngành cơng nghiệp nói chung lĩnh vực tự động hóa nói riêng giữ vai trò quan trọng kim ngạch phát triển đất nước Khi đất nước phát triển, người ngày có nhu cầu cao sống, lao động cần đòi hỏi cải tiến phương tiện kĩ thuật, để chất lượng sản phẩm nâng cao, an toàn lao động phải đảm bảo Trong tất dây chuyền ngành công nghiệp thi băng tải thành phần thiếu Thay cách vận chuyển túy thời xa xưa, sử dụng băng tải điều khiển vận hành trực tiếp người Thì ngày nay, khoa học đại phát triển, kinh tế đất nước đủ vững mạnh ngành khoa học đại áp dụng cơng nghiệp, nhằm đại hóa ngành cơng nghiệp nước nhà Đó hệ thống điều khiển tự động với can thiệp đại đa số thiết bị máy móc tự động hóa giúp giảm nhân công, tăng suất lao động Hoạt động ổn định tin cậy, điều kiện thời tiết, khí hậu Ngồi hệ thống điều khiển tự động cịn giúp cho người cơng nhân vận hành dây chuyền hoạt động cách an tồn, xác, khả thay đổi nhanh chóng dựa nhu cầu thực tế lưu trữ, truy xuất liệu thời gian dài cách nhanh chóng Trên sở vấn đề đưa ra, đồ án: “Thiết kế mơ hình điều khiển vị trí băng tải sử dụng động AC Servo” hình thành Đồ án gồm có mơ hình điều khiển vị trí băng tải sử dụng động AC Servo hoạt động xác Băng tải sử dụng động AC Servo kết nối với PLC để giúp người dùng kiểm soát tốt dễ dàng kiểm soát tốc độ, thời gian hoạt động hệ thống Mơ hình thiết kế có tính an tồn cao, có khả điều khiển tay tự động TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI Nội dung thực hiện đề tài: Tìm hiểu, nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển hệ thống PLC Xây dựng chương trình điều khiển, giao tiếp máy tính PLC Thiết kế, xây dựng phần cứng mơ hình Chạy thử nghiệm, cân chỉnh sửa lỗi mơ hình Nhận xét, đánh giá chung tồn hệ thống Báo cáo đề tài Sản phẩm: Thiết kế và thi cơng mơ hình điều khiển vị trí băng tải động AC Servo MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined LỜI MỞ ĐẦU DANH MỤC HÌNH ẢNH CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ ĐỘNG CƠ AC SERVO 1.1 Tổng quan hệ thống băng tải: 1.1.1 Các loại băng tải thông dụng thị trường: 1.1.2 Lựa chọn cấu truyền động: 1.2 Giới thiệu chung động servo: 11 1.3 Động AC Servo: 12 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC 13 2.1 Khái niệm điều khiển PLC 13 2.2 Cấu trúc điều khiển PLC: 14 2.3 Lập trình cho PLC: 15 2.3.1 Một số ngơn ngữ lập trình PLC: 15 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH KIỀU KHIỂN VỊ TRÍ BĂNG TẢI SỬ DỤNG ĐỘNG CƠ AC SERVO VÀ PLC 22 3.1 Phân tích yêu cầu thiết kế: 22 3.2 Sơ đồ khối hệ thống: 22 3.3 Thiết kế phần cứng: 23 3.3.1 Bộ điều khiển PLC: 23 3.3.2 Động AC Servo : EzM-60L-A-BK 26 3.3.3 Bộ điều khiển drive EzS-PD-60L-A động servo: 27 3.3.4 Băng tải: 29 3.3.4 Cảm biến tiệm cận cảm biến khoảng cách 31 3.3.5 Nguồn tổ ong 24V 10A: 32 3.3.6 Các nút nhấn đèn báo hiệu 32 3.4 Lập trình phần mềm điều khiển: 32 3.5 Chế tạo thử nghiệm: 36 3.5.1 Chế tạo: 36 KẾT LUẬN 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO 41 PHỤ LỤC 42 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Kết cấu băng tải _ Hình 2: Băng tải cao su Hình 3: Băng tải xích Hình 4: Băng tải lăn Hình 5: Băng tải đứng _ Hình 6: Băng tải PVC Hình 7: Băng tải linh hoạt _ Hình 8: Bánh xích _ Hình 9: Truyền động đai Hình 10: Cấu tạo truyền động xích _ 10 Hình 11: Bộ truyền xích xe máy 10 Hình 12: Cấu tạo động 11 Hình 13: Cấu trúc Servo AC đồng _ 12 Hình 1: Ứng dụng PLC Hình 2: Cấu trúc điều khiển PLC _ Hình 3: Ngơn ngữ lập trình PLC LD / LAD (Ladder Diagram) _ Hình 4: Ngơn ngữ lập trình PLC FB / FBD (Function Block) Hình 5: Ngơn ngữ lập trình PLC ST / STL (Structured Text) Hình 6: Ngơn ngữ lập trình PLC SFC (Sequential Function Chart) _ 13 14 15 16 17 19 Hình 1: Sơ đồ nối dây PLCCẢM BIẾN 22 Hình 2: Các chi tiết ngoại quan PLC FX3G 23 Hình 3: Module mở rộng FX0N-3A, FX2N-5A 24 Hình 4: Module mở rộng có chức giám sát nhiệt độ 25 Hình 5: Module hỗ trợ thêm ngõ dạng Analog 25 Hình 6: Module mở rộng hỗ trợ truyền thông Ethernet 26 Hình 7: Thơng số động 27 Hình 8: Thơng số điều khiển drive 27 Hình 9: Sơ đồ chân drive servo 28 Hình 10: Sơ đồ tổng quát AC-SERVO 29 Hình 11: Cảm biến tiệm cận SN04N SN04P SN04Y NPN 31 Hình 12: Cảm biến khoảng cách E3F-DS10C4 31 Hình 13: Nguồn tổ ong 24V 10A 32 Hình 14: Các nút nhấn đèn báo hiệu 32 Hình 15: Sơ đồ nối dây PLC 34 Hình 16: Lưu đồ đọc vị trí 35 Hình 17: Sơ đồ chân PLC 36 Hình 18: Sơ đồ chân servo 36 Hình 19: Sơ đồ điện hệ thống 37 Hình 20: Sơ đồ kết nối drive động servo 37 Hình 21: Mơ hình hệ thống băng tải 38 Hình 22: Nút bấm chế độ thủ công 38 Hình 23: Đèn báo công tắc chuyển đổi 39 Hình 24: Nút ON OFF chế độ tự động 39 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI VÀ ĐỘNG CƠ AC SERVO 1.1 Tổng quan về hệ thống băng tải: Băng tải (băng chuyền) hiểu đơn giản máy khí dùng để vận chuyển đồ vật từ điểm sang điểm khác, từ vị trí A sang vị trí B Thay vận chuyển sản phẩm cơng nhân vừa tốn thời gian, chi phí nhân công lại tạo môi trường làm việc lộn xộn băng chuyền tải giải điều Nó giúp tiết kiệm sức lao động, số lượng nhân công, giảm thời gian tăng suất lao động Vì băng chuyền, băng tải phận quan trọng dây chuyền sản xuất, lắp ráp nhà máy, xí nghiệp Góp phần tạo nên môi trường sản xuất đại, khoa học giải phóng sức lao động mang lại hiệu kinh tế cao cho cơng ty Hình 1: Kết cấu băng tải 1.1.1 Các loại băng tải thông dụng thị trường: - Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn Hệ thống băng chuyền băng tải cao su hệ thống vận chuyển nguyên liệu mang lại hiệu kinh tế cao so với hệ thống chức Hệ thống vận chuyển nguyên liệu Băng tải cao su lắp đặt địa hình, khoảng cách Hình 2: Băng tải cao su -Băng tải xích: Khá tốt ứng dụng tải dạng chai, cần vững Băng tải xích chủ yếu sử dụng để vận chuyển tải nặng đơn vị, ví dụ nâng hàng, hộp lưới điện, đồ chứa cơng nghiệp Những băng tải hai sợi dây chuyền cấu hình Tải đặt dây chuyền, ma sát kéo tải phía trước Hình 3: Băng tải xích Băng tải lăn: - Gồm loại: băng tải lăn nhựa, băng tải lăn nhựa PVC, băng tải lăn thép mạ kẽm, băng tải lăn truyền động motor - Băng tải lăn giải pháp phù hợp để vận chuyển sản phẩm với trọng lượng từ nhẹ, trung bình đến nặng, mơi trường thơng thường đến mơi trường có hóa chất ăn mịn, bụi bặm… Hình 4: Băng tải lăn Băng tải đứng: Thường dùng vận chuyển hàng hóa theo hướng thẳng đứng - Băng tải đứng thường gọi thang máy thang máy vận chuyển hàng hóa Nó dùng để vận chuyện sản phẩm hàng hóa dạng hộp từ vị trí thấp lên vị trí cao theo phương thẳng đứng Hình 5: Băng tải đứng Băng tải PVC: Tải nhẹ thông dụng kinh tế - Là loại băng tải thông dụng Đặc biệt ngành cơng nghiệp điện tử Nó cơng ty, tập đoàn lớn Hàn Quốc, Nhật Bản sử dụng nhiều cho dây chuyền sản xuất Băng tải PVC có ưu điểm độ bền cao giá thành rẻ nên sử dụng rộng rãi Hình 6: Băng tải PVC Băng tải linh hoạt: - Băng tải linh hoạt (băng tải lăn xếp) sử dụng chuyền tải mặt hàng không gian nhỏ hẹp cách thuận tiện Đặc biệt, nhờ khả co giãn, thay đổi chiều dài giúp công việc vận chuyển trở lên đơn giản dễ dàng Hình 7: Băng tải linh hoạt Ngồi cịn nhiều loại băng tải ứng dụng vào mục đích khác sống, sản xuất như: Băng tải góc cong, băng tải xoắn ốc, băng tải rung, băng tải nâng hạ, băng tải nhiệt, băng tải mini , Trong mơ hình, nhóm sử dụng băng tải PVC loại băng tải có nhiều kích thước có kích thước nhỏ đủ để nhóm làm mơ hình điều khiển vị trí 1.1.2 Lựa chọn cấu truyền động: Sau cân nhắc lựa chọn cấu trúc hệ thống bãi giữ xe tơ tự động hình vng Do đó, cấu truyền động cho hệ thống cần chuyển động tịnh tiến nâng hạ cánh tay nâng để xác định tầng gửi xe, chuyển động tịnh tiến để đưa xe vào lấy xe chuyển động xoay để xoay đến chỗ giữ xe tầng Có nhiều cấu truyền động để tạo thành chuyển động tịnh tiến mà ta cần phải lựa chọn, là: Bánh Ưu điểm: - Độ xác truyền động cao, tỷ số truyền lớn - Truyền động êm, có khả tự hãm, lực truyền lớn - Thiết kế nhỏ gọn, gia cơng đơn giản Nhược điểm: - Bánh bị mịn ma sát theo thời gian làm giảm hiệu suất hoạt động Hình 8: Bánh xích Trùn động đai: Là cấu truyền động nhờ lực ma sát mặt tiếp xúc vật dẫn vật bị dẫn Cấu tạo gồm phận: Bánh dẫn, bánh bị dẫn dây đai Hoạt động theo nguyên lý: Khi bánh dẫn quay nhờ lực ma sát dây đai bánh đai làm cho bánh bị dẫn quay theo Dây đai có loại có khơng có làm từ vật liệu tạo ma sát tốt Truyền động dây đai truyền khí sử dụng sớm sử dụng phổ biến ứng dụng máy in 3D, máy khâu hộp số vô cấp xe máy, tơ Hình 9: Trùn động đai Ưu điểm: - Có thể truyền động trục xa - Hiệu suất truyền động tốt - Hoạt động êm, giá thành rẻ, chi phí bảo dưỡng thấp - Kết cấu vận hành đơn giản - Không cần phải bơi trơn Nhược điểm: - Khi vận hành nhiều dây đai bị kéo dãn - Có thể xuất hiện tượng trượt đàn hồi dây đai pulley ròng rọc dẫn đến tỉ số truyền bị thay đổi - Nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn Truyền động xích: Được cấu tạo từ dây xích nhơng xích (hay cịn gọi đĩa xích) dẫn truyền lực Thường ứng dụng để truyền chuyển động từ động băng chuyền, băng tải, hộp giảm tốc truyền động xe máy Hình 10: Cấu tạo truyền động xích Ưu điểm: - Có thể làm việc q tải đột ngột, hiệu suất cao hơn, khơng có tượng trượt - Khơng địi hỏi phải căng xích Nhược điểm: - Khi vào khớp khớp, mắt xích xoay tương lề xích bị mòn, gây nên tải trọng phụ thụ động - Khi làm việc tạo tiếng ồn - Cần phải bơi trơn thường xun phải có phận điều chỉnh xích Hình 11: Bộ trùn xích xe máy 10 tử Nó cơng ty, tập đồn lớn Hàn Quốc, Nhật Bản sử dụng nhiều cho dây chuyền sản xuất Băng tải PVC có ưu điểm độ bền cao giá thành rẻ nên sử dụng rộng rãi Sử dụng cấu truyền động đai: Là cấu truyền động nhờ lực ma sát mặt tiếp xúc vật dẫn vật bị dẫn Cấu tạo gồm phận: Bánh dẫn, bánh bị dẫn dây đai Hoạt động theo nguyên lý: Khi bánh dẫn quay nhờ lực ma sát dây đai bánh đai làm cho bánh bị dẫn quay theo Dây đai có loại có khơng có làm từ vật liệu tạo ma sát tốt Truyền động dây đai truyền khí sử dụng sớm sử dụng phổ biến ứng dụng máy in 3D, máy khâu hộp số vô cấp xe máy, tơ - Ưu điểm: Có thể truyền động trục xa Hiệu suất truyền động tốt Hoạt động êm, giá thành rẻ, chi phí bảo dưỡng thấp Kết cấu vận hành đơn giản Không cần phải bôi trơn - Nhược điểm: Khi vận hành nhiều dây đai bị kéo dãn Có thể xuất hiện tượng trượt đàn hồi dây đai pulley ròng rọc dẫn đến tỉ số truyền bị thay đổi 30 Nhiệt độ ứng dụng bị giới hạn 3.3.4 Cảm biến tiệm cận và cảm biến khoảng cách - Cảm biến tiệm cận: SN04N SN04P SN04Y NPN để phục vụ cho việc xác định vị trí Home băng tải Hình 11: Cảm biến tiệm cận SN04N SN04P SN04Y NPN - Cảm biến khoảng cách: E3F-DS10C4 10CM NPN 6-36V Nhằm xác định có vật băng tải Hình 12: Cảm biến khoảng cách E3F-DS10C4 31 3.3.5 Nguồn tổ ong 24V 10A: Thông số kỹ thuật: - Công suất: 250W - Đầu vào: 110VAC -220VAC (chỉnh công tắc gạt) - Đầu ra: cặp - Kích thước: 110x220x49mm Hình 13: Nguồn tổ ong 24V 10A 3.3.6 Các nút nhấn và đèn báo hiệu Hình 14: Các nút nhấn và đèn báo hiệu Theo thứ tự trái qua phải ta có: - Nút trở vị trí ban đầu - Điều khiển băng tải lùi - Điều khiển băng tải tiến - Đèn led báo hiệu - Công tắc chuyển đổi chế độ tự động thủ công - Nút ON, OFF chế độ tự động 3.4 Lập trình phần mềm điều khiển: Sử dụng phần mềm lập trình PLC Mitsubishi – GX Works Giao diện phần mềm: 32 Hình 15: Giao diện phần mềm GX Works 33 34 Giải thuật đọc vị trí động thể qua hình Vị trí động Encoder đọc trả dạng xung Các xung tính tốn để suy vị trí Hình 15: Lưu đồ đọc vị trí 35 3.5 Chế tạo và thử nghiệm: 3.5.1 Chế tạo: Hình 17: Sơ đồ chân PLC Hình 16: Sơ đồ chân servo 36 Hình 19: Sơ đồ điện hệ thống Hình 18: Sơ đồ kết nối drive và động servo 37 3.5.2 Thử nghiệm: Hình 20: Mơ hình hệ thống băng tải Sau hệ thống khởi động có chế độ để vận hành: • Chế độ thủ cơng: Sử dụng nút bấm để điều khiển băng tải tiến lùi, dừng lại vị trí cần thiết nút bấm: Trở vị trí ban đầu Lùi Tiến tới Hình 21: Nút bấm chế độ thủ cơng Khi muốn đổi từ chế độ thủ công sang chế độ tự động phải bấm nút trở vị trí ban đầu (có cảm biến tiệm cận xác định) băng tải sau chuyển cơng tắc đèn xanh nhấp nháy Khi chuyển sang chế độ tự động đèn xanh sáng liên tục: 38 Hình 22: Đèn báo và cơng tắc chuyển đổi Chế độ tự động kí hiệu “Au” chế độ thủ cơng ký hiệu “Ma” cơng tắc chuyển đổi • Chế độ tự động: Hoạt động liên tục chuyển hàng vị trí định từ trước Băng tải vị trí ban đầu đèn xanh sáng Chúng ta bấm nút ON để khởi động chế độ tự động Hình 23: Nút ON OFF chế độ tự động Cảm biến khoảng cách hoạt động có hàng băng tải bắt đầu hoạt động tải hàng tới vị trí định cách vị trí ban đầu 30cm Khi muốn dừng khẩn cấp có cố hay chuyển qua chế độ thủ công bấm nút OFF chuyển công tắc chế độ thủ công để tải lại hàng tiếp tục 39 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu thực hiện, đề tài “Thiết kế mơ hình điều khiển vị trí băng tải động AC Servo” nhóm báo cáo đưa kết luận sau: Thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình điều khiển vị trí băng tải động AC Servo điều khiển thành công băng tải hoạt động theo nhiều vị trí tự tự động theo vị trí định sẵn Sử dụng động AC Servo với điều khiển PLC phản hồi xác vị trí động cơ, từ điều khiển tín hiệu bám sát với vị trí đặt thơng qua điều khiển PLC Trong q trình thực nhóm cần giúp đỡ dạy thầy khả lập trình PLC cịn hạn chế Cơ cấu truyền động đai làm cho băng tải hoạt động ổn định q trình chế tạo thủ cơng cịn có chút thiếu sót Vì việc thực tế có chút sai số cấu khí độ tốt thiết bị • Hướng phát triển: - Thiết kế cấu điểu chỉnh lực căng đai để tăng độ xác cho mơ hình - Sử dụng cảm biến màu sắc, điều khiển tự động để nhận dạng nhằm phân loại loại hàng hoá - Phát triển thêm cấu hệ thống bơm xi lan cho hệ thống để đáp ứng thêm nhiều nhu cầu khác thực tiễn - Tìm hiểu thêm lập trình điều khiển PLC 40 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Minh Hà - Kỹ thuật mạch điện tử - Nhà xuất Khoa học kỹ thuật – Năm xuất 2002 [2] Nguyễn Bính - Điện tử công suất – Nhà xuất khoa học kĩ thuật – Năm xuất 1995 [4] Phạm Công Ngô - Lý thuyết điều khiển tự động – Nhà xuất khoa học kĩ thuật- Năm xuất [5] Đỗ Công Thắng, Nguyễn Phương Thảo – Điện tử công suất – Trường đại học sư phạm kỹ thuật hưng yên – Năm 2008 41 PHỤ LỤC 42 43 44