Một trong những lựa chọn mang lại hiệu quả cao khi thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá là sử dụng bộ điều khiển PLC Programmer Logic Control làm phần tử trung tâm của hệ thống điều
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGÔ VĂN TÂM NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐÚC PHUN DÙNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN THỊ THANH HẢI Hà Nội - 2013 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131673751000000 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Ngồi phần tài liệu tham khảo đƣợc liệt kê đầy đủ, số liệu kết luận văn hoàn tồn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Hà Nội, Ngày 10 tháng 03 năm 2013 Tác giả luận văn Ngô Văn Tâm LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn nhận đƣợc nhiều giúp đỡ Thầy-Cơ bạn đồng nghiệp q trình thực Tôi xin cảm ơn Thầy - Cô Viện Cơ Khí Trƣờng Đại Học Bách Hà Nội nhiệt tình hƣớng dẫn tơi thời gian học tập, nghiên cứu Trƣờng thầy Khoa Cơ Khí Trƣờng Đại Học Cơng Nghiệp Hà Nội góp nhiều ý kiến, động viên để tơi hồn thành luận văn Đặc biệt xin chân thành cảm ơn cô TS Trần Thị Thanh Hải, tận tâm hƣớng dẫn làm luận văn suốt thời gian qua Tuy có nhiều cố gắng nhƣng luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót Bởi tơi mong nhận đƣợc góp ý của Thầy - Cô nhƣ bạn đồng nghiệp quan tâm đến vấn đề để luận văn đƣợc hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 10 tháng 03 năm 2013 Học viên thực Ngô Văn Tâm MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Lịch sử nghiên cứu Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Tóm tắt luận điểm đóng góp tác giả 10 Phƣơng pháp nghiên cứu 10 CHƢƠNG 12 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRONG 12 MÁY CÔNG NGHIỆP 12 1.1 Lịch sử hệ thống điều khiển máy công nghiệp 12 1.2 Giới thiệu hệ thống điều khiển máy công cụ 13 1.3 Giới thiệu điều khiển PLC 15 1.3.1 Lịch sử phát triển 16 1.3.2 Vai trị PLC q trình tự động hóa sản xuất 16 1.3.3 Khả PLC 17 1.3.4 Ƣu điểm PLC 17 1.3.5 Ngôn ngữ lập trình cho PLC 18 1.3.6 Phạm vi ứng dụng 19 KẾT LUẬN CHƢƠNG 20 CHƢƠNG 21 KHẢO SÁT MÁY ÉP NHỰA KIỂU ĐÚC PHUN 21 2.1 Tổng quan công nghệ gia công sảng phẩm nhựa 21 2.1.1 Lịch sử phát triển 21 2.1.2 Các phƣơng pháp gia công sản phẩn chất dẻo 22 2.1.3 Hệ thống điều khiển máy đúc nhựa 28 2.1.4 Giới thiệu số hình ảnh máy đúc nhựa sản phẩm nhựa 29 2.2 Khảo sát máy đúc phun 31 2.2.1 Hệ thống kẹp khuôn 32 2.2.2 Khuôn 34 2.2.3 Hệ thống phun 35 2.2.4 Hệ thống thủy lực 36 2.3 Phân tích nguyên lý làm việc máy đúc nhựa kiểu đúc phun 37 2.3.1 Đặc điểm 37 2.3.2 Nguyên lý làm việc máy đúc phun 38 2.3.3 Các thông số máy 39 2.4 Hệ thống điều khiển máy đúc nhựa kiểu đúc phun 41 2.4.1 Yêu cầu cần điều khiển máy đúc phun nhựa 41 2.4.2 Các thiết bị hệ thống điều khiển 42 KẾT LUẬN CHƢƠNG 42 CHƢƠNG 43 THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐÚC PHUN NHỰA 43 3.1 Cơ sở thiết kế 43 3.1.1 Các thông số cần điều khiển 43 3.1.2 Lựa chọn điều khiển trung tâm 45 3.2 Giới thiệu thành phần hệ thống điều khiển 46 3.2.1 Phần tử xử lý trung tâm (PLC S7-200) 46 3.2.2 Màn hình cảm ứng Delta 54 3.2.3 Bộ điều khiển nhiệt độ OMRON E5CWL 59 3.2.4 Các cảm biến 63 3.2.5 Các phần tử mạch lực 64 3.2.6 Các phần tử khác 66 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển 70 3.3.1 Thiết kế mạch điện điều khiển 70 3.3.2 Tính tốn tham số điều khiển nhiệt độ 74 3.4 Mô hệ thống 77 3.4.1 Mô nguyên lý làm việc hệ thống thủy lƣc 77 KẾT LUẬN CHƢƠNG 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 Tài liệu tham khảo: 80 PHỤ LỤC 81 MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Lịch sử phát triển hệ thống điều khiển 13 Hình 2: Hình máy CNC với hệ thống thay dao tự động 14 Hình 3: Cấu hình hệ thống điều khiển máy CNC router 15 Hình 4: Khả kết nối điều khiển PLC với thiết bị 17 Hình 5: Một số hình ảnh ứng dụng PLC 20 Hình 1: Alexander Parkes 21 Hình 2: Quá trình cán chất dẻo 23 Hình 3: Máy phủ dạng Pilot 24 Hình 4: Máy đúc phun 27 Hình 5: Máy đúc phun nhựa ngang 29 Hình 6: Hình máy đúc phun nhựa đứng 30 Hình 7: Khuôn ép nhựa dƣới 30 Hình 8: Hình khn ép nhựa 31 Hình 9: Các sản phẩm nhựa 31 Hình 10: Cấu tạo chung máy đúc phun 32 Hình 11: Hình hệ thống kẹp khn 32 Hình 12: Khn 34 Hình 13: Hệ thống phun 35 Hình 14: Hệ thống thủy lực hỗ trợ 36 Hình 15: Sơ đồ nguyên lý máy đúc nhựa kiểu ép phun 37 Hình 1: Sơ đồ thủy lực máy đúc phun nhựa 43 Hình 2: Hình chu trình làm việc hệ thống 44 Hình 3: Biểu đồ thời gian làm việc hệ thống 45 Hình 4: Hình ảnh bên ngồi PLC 47 Hình 5: PLC thiết bị ngoại vi 49 Hình 6: Cách PLC thực vòng quét 50 Hình 7: Cách truy nhập theo bit 50 Hình 8: Cách truy nhập theo Byte, Word hay Double Word 51 Hình 9: Truy nhập Timer Bit giá trị tức thời biến thời gian 52 Hình 10: Kích thƣớc liệu phụ thuộc vào cấu trúc lệnh 53 Hình 11: Các kiểu liệu 53 Hình 12: Hình ảnh hình bắt đầu khởi động 56 Hình 13: Hình ảnh hình chế độ tự động 57 Hình 14: Nhập liệu 57 Hình 15: Hình ảnh hình chế độ điều khiển tay 58 Hình 16: Sơ đồ nối dây cổng RS485 59 Hình 17: Chức điều khiển nhiệt độ 59 Hình 18: Cách kết nối điều khiển nhiệt độ 61 Hình 19: Các phím chức điều khiển nhiệt độ 62 Hình 20: Cảm biến nhiệt độ 63 Hình 21: Cơng tắc hành trình 64 Hình 22: Ký hiệu hình ảnh khởi động từ 65 Hình 23: Ảnh rơle sơ đồ dây 66 Hình 24: Ảnh Rơle điều khiển 220VAC 66 Hình 25: Hình ảnh số loại đèn 67 Hình 26: Nút dừng khẩn 67 Hình 27: Ký hiệu nút dừng khẩn 68 Hình 28: Ký hiệu hình ảnh Aptomat 68 Hình 29: Hình ảnh ký hiệu cầu chì 69 Hình 30: Hình ảnh giao diện mặt tủ điều khiển 70 Hình 31: Hình ảnh sơ đồ mạch nguồn 71 Hình 32: Hình ảnh sơ đồ mạch lực 71 Hình 33: Hình ảnh sơ đồ đấu nối PLC 72 Hình 34: Hình ảnh sơ đồ đấu nối điều khiển nhiệt độ 72 Hình 35: Hình ảnh sơ đồ đấu nối rơle 72 Hình 36: Hình ảnh sơ đồ đấu nối rơle 73 Hình 37: Hình ảnh sơ đồ cầu đấu đầu 73 Hình 38: Lƣu đồ thuật toán điều khiển 74 Hình 39: Hình ảnh vùng nhiệt 75 Hình 40: Sơ đồ mô PID điều khiển nhiệt độ 76 Hình 41: Hình ảnh mơ hoạt động hệ thống thủy lực 77 MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Mô tả so sánh hệ điều khiển rơle, mạch số, máy tính, PLC 46 Bảng 2: Các loại PLC S7-200 bán thị trƣờng 47 Bảng 3: Thống kê so sánh số loại PLC Siemens 47 Bảng 4: Các thông số kỹ thuật hình cảm ứng Delta 54 Bảng 5: Trạng thái đầu vào với đầu vào cảm biến nhiệt 60 Bảng 6: Đặc tính kỹ thuật 60 Bảng 7: Bản thông số kỹ thuật 63 Bảng 8: Chiều dài dây cảm biến 63 Bảng 9: Bảng kết giá trị sai lệch 76 Bảng 10: Bảng giá trị tham số PID 76 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong lĩnh vực đời sống sản xuất ngày nay, việc tự động hố q trình sản xuất quan trọng, điều góp phần nâng cao suất, chất lƣợng giảm giá thành sản phẩm Chính tự động hóa đƣợc ứng dụng tất lĩnh vực, từ đời sống sinh hoạt tới trình sản xuất Yêu cầu đặt phải tự động hóa tối đa q trình điều khiển, từ công việc đơn giản đời sống thƣờng ngày ngƣời trình sản xuất phức tạp Điều thúc đẩy nhà khoa học nghiên cứu đƣa nhiều phƣơng pháp thiết bị điều khiển tối ƣu Hơn với phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử, tin học, khí cho phép kỹ sƣ có nhiều lựa chọn khác thiết kế Một lựa chọn mang lại hiệu cao thiết kế hệ thống điều khiển tự động hoá sử dụng điều khiển PLC (Programmer Logic Control) làm phần tử trung tâm hệ thống điều khiển Ngày nay, giới nhƣ Việt Nam, nhu cầu sản phẩm chất dẻo kỹ thuật nhƣ dân dụng ngày tăng Dựa sở khoa học kỹ thuật công nghệ, thành tựu phát triển mạnh mẽ ngành vật liệu Polymer, nhà sản xuất chất dẻo đƣa thị trƣờng số lƣợng lớn chất dẻo, phong phú chủng loại, có nhiều tính chất ứng dụng khác có ƣu nhƣợc điểm định Tính chất chung chất dẻo nhẹ, bền, đẹp, dễ gia công, tạo đƣợc nhiều mẫu mã đa dạng hơn, giá thành rẻ vật liệu khác có cơng dụng có tính chất thay số vật liệu truyền thống nhƣ gỗ, thép Giá trị sử dụng loại sản phẩm xâm nhập vào lĩnh vực kinh tế dân dụng Nhu cầu chất lƣợng sản phẩm nhƣ ứng dụng ngày tăng Với tính chất tốt nhƣ: dẻo, nhẹ, tái chế… vật liệu nhựa thay loại vật liệu khác nhƣ: sắt, đồng, nhôm, gang… ngày cạn kiệt dần tự nhiên Vì tƣơng lai, khả thay nhựa vật dụng kim loại lớn ngành nhựa có tiềm phát triển cao Với Việt Nam nay, nƣớc phát triển việc ứng dụng tự động hóa ngày đƣợc trọng đầu tƣ nhằm thúc đẩy hiệu sản xuất cải thiện sống Một ứng dụng to lớn điều khiển tự động hóa sống, ta khơng thể khơng nhắc đến điều khiển tự động q trình làm việc máy đúc nhựa Góp phần khơng nhỏ phát triển kinh tế-xã hội phục vụ dân sinh Căn ƣu điểm điều khiển PLC phát triển sản phẩm nhựa sống chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển máy đúc phun dùng điều khiển PLC” Đây đề tài có ý nghĩa thực tiễn cao, cần phải đƣợc nghiên cứu chọn phƣơng án hợp lý để nâng cao suất chất lƣợng sản phẩm đúc nhựa Lịch sử nghiên cứu Việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiển tự động máy đúc nhựa, đƣợc nhiều hãng phát triển đƣa sản phẩm thƣơng mại Ví dụ, điều khiển máy ép phun nhựa SH900 Đài Loan với tính năng: - Tên sản phẩm: TFT-900-H - Kích thƣớc ngồi: 420x210x50 - Nhiệt độ hoạt động: 00C - 650C - Nhiệt độ lƣu trữ: -40 0C - 850C - Màn hình: STN LCD 10.4in - Bộ nhớ trong: ghi nhớ 49 khuôn (có thể mở rộng khơng giới hạn) - Nhiệt độ: 16 đoạn nhiệt độ - Sai số nhiệt: 0.25% @+1C - Phạm vi nhiệt độ: Ktype 0-500oC - Thƣớc điều chỉnh: đoạn (có thể mở rộng đoạn) - Áp điều chỉnh: đoạn (có thể mở rộng đoạn) - Tốc điều chỉnh: đoạn (có thể mở rộng đoạn) - Thuỷ lực tiêu chuẩn: kênh - tốc độ kiểm soát áp suất (tuỳ chọn: kênh - áp ghi chức khác) - Nguồn áp vào: 90-240Vac 15% 50/60HZ - Nguồn áp ra: 27Vdc Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu + Mục đích Đề tài tập trung vào nghiên cứu nội dung sau: - Nghiên cứu tổng quan máy đúc phun nhựa