(Đồ án hcmute) thi công và điều khiển mô hình chiết rót đóng nắp chai tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ THI CÔNG VÀ ĐIÊU ̀ KHIÊN ̉ MÔ HÌNH CHIẾT RĨT ĐĨNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG GVHD : TS VŨ QUANG HUY SVTH : VŨ VĂN THẮNG 12146177 HỒ TRỌNG HUY 12146068 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2016 an 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: THI CƠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH CHIẾT RÓT ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG Giảng viên hướng dẫn : Sinh viên thực : Lớp : Khóa : TS VŨ QUANG HUY Vũ Văn Thắng Hồ Trọng Huy 12146CLC 2012 – 2016 12146177 12146068 Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2016 an 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 THI CÔNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH CHIẾT RĨT ĐĨNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG Đề tài: Giảng viên hướng dẫn : Sinh viên thực : Lớp : Khóa : TS VŨ QUANG HUY Vũ Văn Thắng Hồ Trọng Huy 12146CLC 2012 – 2016 an 12146177 12146068 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO Độc lập - Tự – Hạnh phúc Bộ môn Cơ điện tử NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: TS VŨ QUANG HUY Sinh viên thực : Vũ Văn Thắng 12146177 Hồ Trọng Huy 12146068 Lớp: 12146CLC Khóa: 2012 – 2016 Tên đề tài: “Thi Công Và Điều Khiển Mơ Hình Chiết Rót Đóng Nắp Chai Tự Động” Các số liệu, tài liệu ban đầu: • Các mơ hình chiết rót nắp chai thiết kế có mạng • Các tài liệu PLC tài liệu cảm biến công nghiệp Nội dung đồ án: • Tìm hiểu thiết bị cơng nghiệp • Thiết kế chế tạo mơ hình chiết rót nắp chai tự động điều khiển PLC S7-1214 DC/DC/DC Relay • Thi cơng khí mạch điện cho chương trình Các sản phẩm dự kiến Mơ hình chiết rót nắp chai tự động điều khiển PLC S7-1214 Ngày giao đồ án: Ngày nộp đồ án: TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Được phép bảo vệ …………………… i an LỜI CAM KẾT Tên đề tài: “THI CÔNG VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH CHIẾT RĨT ĐĨNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG” - GVHD: TS Vũ Quang Huy Họ tên sinh viên: Vũ Văn Thắng MSSV: 12146177 - Địa sinh viên: 115/21 Hồ Văn Tư-P Trường Thọ-Q Thủ Đức- TP Hồ Chí - Số điện thoại liên lạc: 0969789969 Email: vuthang280994@gmail.com - Họ tên sinh viên: Hồ Trọng Huy MSSV: 12146068 - Địa sinh viên: 115/21 Hồ Văn Tư-P Trường Thọ-Q Thủ Đức- TP Hồ Chí - Số điện thoại liên lạc: 01627721733 Email: huycena.ho@gmail.com - Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): Lớp: 12146CLC Minh Lớp: 12146CLC Minh Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) cơng trình tơi nghiên cứu thực Tôi không chép từ viết công bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm” Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2016 Ký tên Vũ Văn Thắng Hồ trọng Huy ii an LỜI CẢM ƠN Trước tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cha mẹ, gia đình, người tạo điều kiện cho chúng em có hội học tập hồn thành khóa học trường ĐH SPKT Trong suốt trình thực đồ án hoàn thành báo cáo này, chúng em nhận giúp đỡ, hướng dẫn quý báu thầy, anh chị bạn khóa học Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, chúng em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Thầy Vũ Quang Huy, người thầy kính mến hết lịng giúp đỡ, dạy bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trình thực đồ án Một lần xin gửi lời tri ân sâu sắc đến thầy, anh chị bạn, chúc sức khỏe thành công Nhóm sinh viên thực đồ án Vũ Văn Thắng Hồ Trọng Huy iii an TÓM TẮT ĐỒ ÁN Tên đề tài: “Mơ Hình Chiết Rót Đóng Nắp Chai Tự Động Phục Vụ Cho Dạy Học” Mơ hình chiết rót đóng nắp chai tự động phục vụ cho dạy học dùng để hỗ trợ cho việc học tập Giúp sinh viên làm quen với thiết bị công nghiệp,làm quen với cách viết chương trình điều khiển PLC Mơ hình sử dụng thiết bị điều khiển S7 –1200 để điều khiển thiết bị cảm biến, xy-lanh, động cơ, băng chuyền Chương trình viết PLC dùng nhiều cách viết khác Mơ hình hoạt động nhờ tín hiệu từ nút nhấn, cảm biến truyền cho PLC Sử dụng rơ-le để đảm bảo tính tồn cho mơ hình, đóng ngắt điện Nhóm sinh viên thực đồ án Vũ Văn Thắng Hồ Trọng Huy iv an MỤC LỤC Trang tựa Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .i LỜI CAM KẾT .ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN iv MỤC LỤC v DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH viii BẢNG PHÂN CÔNG KẾ HOẠCH x Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Phương pháp thực 1.6 Kết cấu đồ án Chương 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 2.2 Tổng quan tự động hóa q trình sản xuất 2.3 Phân loại tự động hóa 2.3.1 Tự động hóa cứng 2.3.2 Tự động hóa lập trình 2.3.3 Tự động hóa linh hoạt Chương 3: XU HƯỚNG VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỰC TẾ 3.1 Tìm hiểu hướng phát triển 3.1.1 Công nghiệp robot v an 3.1.2 Sự trở lại phân xưởng sản xuất lớn 10 3.1.3 Đa kết nối 10 3.1.4 Dữ liệu lớn 10 3.2 Các chủ đề Kỹ thuật điều khiển thông thường 11 3.2.1 Lý thuyết điều khiển 11 3.2.2 Lý thuyết hệ thống 12 3.2.3 Mơ hình hố mô phỏng, nhận dạng hệ thống 14 3.2.4 Điều khiển loại máy điện, truyền động hệ thống lượng 15 3.2.5 Điều khiển hệ sinh học 17 3.3 Tự động hóa chương trình 19 3.3.1 Cảm biến cấu chấp hành, I/O thông minh, hệ thống đo lường 19 3.3.2 Hệ thống tự động hố tích hợp toàn diện 19 3.3.3 Mạng công nghiệp điều khiển 20 3.3.4 Giao diện người-máy, hệ SCADA, DCS, CIM 21 3.3.5 Điều khiển chuyển động 22 3.3.6 Điều khiển q trình cơng nghệ 23 3.4 Hệ thống điều khiển PLC 28 3.4.1 Giới thiệu PLC 28 3.4.2 Cấu trúc PLC 29 3.4.3 Nguyên lý hoạt động PLC 30 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ - THI CÔNG PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM 32 4.1 Cơ sở lý thuyết 32 4.1.1 Động điện chiều 32 4.1.2 Motor bơm nước 37 4.1.3 Van đảo chiều 39 4.1.4 Xy lanh khí nén 40 4.1.5 Cảm biến 42 4.1.6 Role điện từ 42 vi an 4.1.7 Biến Tần 45 4.1.8 Sơ lược PLC (Programmable Logic Controller ) 48 4.2 Phương án thiết kế 54 4.2.1 Phương án 54 4.2.2 Phương án 55 4.2.3 Lựa chọn phương án 56 4.3 Thiết kế khí 56 4.3.1 Phương pháp thiết kế khí 56 4.3.2 Bản vẽ khí 58 4.3.3 Thiết kế hệ dẫn động băng tải 62 4.4 Thiết kế mạch điện 71 Chương 5: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 72 5.1 Lưu đồ giải thuật 72 5.2 Chương trình điều khiển PLC 75 5.3 Giao diện giám sát điều khiển WinCC Runtime V13 81 Chương 6: THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH 83 6.1 Các bước chuẩn bị 83 6.2 Thử nghiệm 83 6.3 Phân tích q trình 83 Chương 7: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 84 7.1 Những kết qủa đạt 84 7.1.1 Phần thiết kế khí 84 7.1.2 Phần điều khiển 84 7.2 Những hạn chế tồn 84 7.3 Hướng phát triển đề tài 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 vii an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Chương LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 5.1 Lưu đồ giải thuật Begin Băng chuyền chạy Cảm N biến Y Băng chuyền dừng T=1 s Y N Xylanh hạ xuống Máy bơm chạy Cảm biến Xylanh nâng lên Máy bơm ngừng Trang 72 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM T=1 N s Y Băng chuyền chạy Cảm biến N Y Băng chuyền dừng T=1 N Y Xylanh hạ xuống Động vặn nắp chạy T=1 N Y Xylanh nâng lên Băng chuyền chạy Trang 73 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Cảm biến N Y Băng chuyền dừng T=1 N Y Xylanh đẩy chai c2 Ra khay chứa T=1 N Y Xylanh rút vào End Trang 74 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM 5.2 Chương trình điều khiển PLC Trang 75 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Trang 76 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Trang 77 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Trang 78 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Trang 79 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Trang 80 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM 5.3 Giao diện giám sát điều khiển WinCC Runtime V13 Hình 5.1 Giao diện giám sát qua máy tính Hình 5.2 Giao thức kết nối Trang 81 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Hình 5.3 Cổng kết nối HMI TIA Portal Trang 82 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Chương THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH 6.1 Các bước chuẩn bị Bước 1: Cấp điện vào mơ hình, khởi động PLC Bước 2: Kết nối PLC với máy tính Bước 3: Nạp chương trình từ máy tính vào PLC Bước 4: Cho mơ hình hoạt động 6.2 Thử nghiệm Lần Lỗi Khắc phục -Băng chuyền bị trùng đai -Thay động -Cảm biến khơng trả tín hiệu -Căn lại dây đai -Nối lại dây điện -Cảm biến cảm biến dừng -Chỉnh lại vị trí đặt cảm biến chai khơng vị trí -Tính tốn, đặt timer chương trình -Rãnh xuống nắp chai chưa -Tính tốn lại vị trí vị trí -Cấp nắp bị kẹt -Tính tốn thiết kế lại rãnh cấp nắp -Chạy tốt ổn định 6.3 Phân tích q trình Tốt Trang 83 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM Chương KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 7.1 Những kết qủa đạt 7.1.1 Phần thiết kế khí - Sử dụng phần mềm chuyên dụng cho việc thiết kế khí - Hồn thành u cầu khí để đảm bảo cho phần điều khiển - Điều chỉnh thiết bị mang tính thẩm mĩ, gọn gàng 7.1.2 Phần điều khiển - Thiết kế, thi công mạch điện điều khiển - Điều khiển chạy quy trình - Viết chương trình PLC S7-1200 theo phương pháp điều khiển tuần tự, giúp việc thực quy trình cách nhanh chóng đơn giản 7.2 Những hạn chế cịn tồn - Tốc độ khơng nhanh cịn thiếu xác - Chỉ chiết rót đóng nắp chai, chưa làm liên tục nhiều chai lúc - Vì kiến thức thân cịn hạn chế nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót, cịn nhiều vấn đề chưa giải 7.3 Hướng phát triển đề tài - Cải tiến băng chuyền để tốc độ nhanh - Hồn thiện thuật tốn điều khiển, hồn thiện chương trình để bước hoạt động tốt hơn, chạy lượt nhiều chai Trang 84 an ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt : [1] Nguyễn Ngọc Phương Hệ thống điều khiển khí nén NXB Giáo Dục [2] Nguyễn Ngọc Phương Hệ thống điều khiển thủy lực NXB Giáo Dục [3].Nguyễn Trọng Hiệp Nguyễn Văn Lẫm Nguyên lý chi tiết máy NXB Giáo Dục [4] Nguyễn Thế Hùng Giáo trình điều khiển tự động NXB Đại học Sư Phạm TpHCM [5] Nguyễn Trọng Hiệp, Chi tiết máy tập hai, NXB Giáo dục [6] Hồng Minh Cơng Giáo trình cảm biến cơng nghiệp, NXB Xây dựng [7] Nguyễn Trọng Thắng- Lê Thị Thanh Hoàng Giáo trình kỹ thuật điện NXB DH Quốc Gia TpHCM Tiếng Anh : Stephen P Tubbs Programmable Logic Controller (PLC) Tutorial, Siemens Simatic S7-1200 SIEMENS S7-1200 Programmable Controller System Manual Nguồn Internet : http://www.vocsyit.com ( Diễn đàn Tự động hóa Việt Nam ) http://www.google.com http://www.youtube.com http://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/simatics7controller/s7-1200/pages/default.aspx Trang 85 an S an K L 0