GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BĂNG CHUYỀN
Giới thiệu chung về băng chuyền
- Chắc hẳn khái niệm băng chuyền đã không còn quá xa lạ với các doanh nghiệp, nhà máy sản xuất Băng chuyền là thiết bị công nghiệp tự động hóa, chuyển tải có tính kinh tế cao và được ứng dụng trong vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu ở mọi khoảng cách Hay có thể hiểu rằng, đó là thiết bị vận chuyển các đồ vật từ nơi này đến nơi khác, từ điểm A đến điểm B Băng chuyền là nhân tố ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình sản xuất của một sản phẩm.
- Băng chuyền có công dụng tối năng suất sản xuất, giảm thiểu tối đa chi phí về nhân công cũng như tiết kiệm thời gian Các hệ thống băng chuyền hiện nay được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp may mặc, sản xuất thực phẩm đóng gói, đồ điện tử, vật liệu xây dựng,… và nhiều mặt hàng khác phục vụ đời sống con người.
Ưu và nhược điểm của băng chuyền
- Được cấu tạo đơn giản, linh hoạt dễ dàng sử dụng mang lại hiểu quả cao trong quá trình sản xuất.
- Khả năng vận chuyển hàng hóa theo nhiều hướng khác nhau một cách dễ dàng và thuận tiện.
- Có thể điều chỉnh độ nghiêng với khoảng cách lớn.
- Các linh kiện, phụ kiện đều được đảm bảo chất lượng.
- Năng suất vận hành cao, không gây tiếng ồn khi làm việc
- Số lượng vận chuyển lớn.
- Không tiêu hao nhiều điện năng trong quá trình vận hành
- Dễ dàng sữa chữa, bảo trì khi gặp sự cố.
- Vốn đầu tư ban đầu lớn.
- Một số hệ thống khó di chuyển, không vận chuyển được các sản phẩm quá kích cỡ.
- Đối với các sản phẩm hạt, vụn,… có thể bị hao hụt, rơi vật liệu trong quá trình vận chuyển.
- Khi vận chuyển xa và địa hình không thẳng đòi hỏi phải có nhiều hệ thống kết hợp lại với
Cấu tạo của băng chuyền
- Khung băng chuyền: Thường được làm bằng nhôm định hình, thép, sơn tĩnh điện hoặc inox.
- Dây băng chuyền: Thường là dây băng PVC dày 2mm và 3mm hoặc dây băng PU dày 1.5mm.
- Động cơ chuyền động: Là động cơ giảm tốc công suất 0.2KW, 0.4KW, 0.75KW, 1.5KW, 2.2KW.
- Bộ điều khiển băng chuyền: Thường gồm có biến tần, seosor, timer, PLC,…
- Cơ cấu truyền động gồm có: Rulo kéo, con lăn đỡ, nhông xích,…
- Hệ thống bàn thao tác trên băng chuyền: Thường bằng gỗ, thép hoặc inox trên mặt có dán thảm cao su chống tĩnh điện.
- Hệ thống đường khí nén và đường điện có ổ cắm để lấy điện cho các máy dùng trên băng chuyền.
- Ngoài ra thường có them đường điện chiếu sáng để nhân công thao tác lắp ráp.
Các băng chuyền trong công nghiệp
- Các thiết bị vận chuyển các vật liệu thể hạt, thể cục kích thước nhỏ, các chi tiết ở dạng thành phẩm và bán thành phẩm hoặc vận chuyển hành khách theo một cung đường nhất định không có trạm dừng giữa đường để trả hàng và nhận hàng Thiết bị vận tải liên tục bao gồm: băng chuyển, băng tải các loại, băng gầu, đường cáp treo và các thang chuyền Những thiết bị vận tải liên tục kể trên có năng suất rất cao so với các phương tiện vận tải khác, đặc biệt là ở những vùng núi non có địa hình phức tạp Nhìn chung về nguyên lý hoạt động của các thiết bị vận tải liên tục thì tương tự nhau, chúng chỉ khác nhau ở các điểm sau: công năng, kết cấu cơ khí, cơ cấu chở hàng hóa, cơ cấu tạo lực kéo,…
- Băng gầu dùng để vận chuyển vật dạng hạt theo phương thẳng đứng hoặc theo mặt phẳng nghiêng góc lớn (góc nghiêng lớn hơn 60) Kết cấu của băng gầu như hình vẽ sau:
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống băng gầu
- Nó bao gồm một xích kéo kép kín 2 và vắt qua hoa cúc của tay quay 1 Phần chuyển động của băng gầu được bao che bằng hộp đậy 3 và cơ cấu hướng dẫn 4 các được cố định với cơ cấu kéo của băng gầu Tang chủ động (hoa cúc) 1 được nối với động cơ truyền động 10 qua hộp giảm tốc 9 Tốc độ di chuyển của băng gầu có thể được chọn từ 0,85 đến 1,25 m/s.
- Đường cáp treo thường được chế tạo theo hai kiểu:
Đường cáp treo một đường cáp.
Đường cáp treo có hai đường cáp kéo nối thành một đường vòng khép kín.
- Cấu tạo của đường cáp treo có hai đường cáp kéo được biểu diễn như hình vẽ.
Hình 1.3 Đường cáp treo có hai đường cáp kéo
(1) : Cơ cấu kéo căng cáp
(5) : Cáp đỡ giá trung tâm
- Trong đó một đường là vận chuyển hàng trên các toa, còn đường thứ hai là đường hồi về của các toa hàng (có hàng hoặc không có hàng) Các bộ phận chính của đường cáp treo gồm có: ga nhận hàng 7 và gà trả hàng 2, giữa hai ga đó là hai đường cáp nối lại với nhau: đường cáp mang 4 và đường cáp kéo 3 Để tạo ra lực căng của cáp, tại nhà ga trả hàng 2 có lắp đặt cơ cấu kéo căng cáp 1 Ở khoảng giữa hai nhà ga có các giá đỡ cáp mang trung gian 5 Cáp kèo 3 được thiết kế thành một mạch kín liên kết với cơ cấu truyền động 8 Động cơ truyền động cáp kéo 9 được lắp đặt tại ga nhận hàng Các toa hàng 6 di chuyển theo đường cáp mang 4 Năng suất của đường cáp treo đạt tới 400 tấn/h, độ dài cung đường giữa hai nhà ga có thể đạt tới hàng trăm km
- Thang chuyền là một loại cầu thang với các bậc chuyển động dùng để vận chuyển hành khách trong các nhà ga của tàu điện ngầm, các tòa thị chính, các siêu thị, với tốc độ di chuyển từ 0,4 đến 1 m/s.
Hình 1.4 Kết cấu của thang chuyền
- Động cơ truyền động 6, lắp ở phần trên của thang chuyền truyền lực cho trục chủ động 5 qua cơ cấu truyền lực – hộp tốc độ Trục chủ động 5 có hai bánh xe hoa cúc và dai băng vòng có các bậc thang 4 khép kín với bánh hoa cúc 2 lắp ở phần dưới của thang chuyền Ở trục thụ động 2 có lắp cơ cấu tạo lực căng cho dải băng vòng Để đảm bảo an toàn cho hành khách, hai bên thành của thang chuyền có tay vịn 3 di chuyển đồng tốc với các bậc thang của thang chuyền.
TỔNG QUAN PLC
Tổng quan về PLC
- PLC là chữ viết tắt của chữ tiếng Anh Programmable Logic Controller nghĩa là bộ Điều khiển Logic Lập trình được và là thiết bị điều khiển Có cấu trúc máy tính bao gồm bộ sử lý trung tâm CPU, Bộ nhớ ROM, Bộ nhớ RAM, dùng để nhớ chương trình ứng dụng, và các cổng Vào/Ra (INPUT/ OUTPUT).
2.1.2 Đặc điểm của bộ điều khiển lập trình
- Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển của hệ thống điều khiển lập trình (Programmable-Control Systems) – hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập trình (PLC- Programable Logic Controler) được thiết kế nhằm thay đổi phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ-le và thiết bị rời cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện một số tác vụ khác như định thì, đếm, các lệnh toán số học, các lệnh xử lí các số liệu trên mạng,… làm tăng khả năng điều khiển cho các hoạt động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất.
- Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái hoạt động ngõ vào, được đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và các mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà không cần có mạch giao tiếp hay rơ-le trung gian Tuy nhiên, cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khí PLC điều khiển những thiệt bị có công suất lớn.
- Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ la thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng Hơn nữa, chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.
- Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính truyền thông và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp như:
Khả năng kháng nhiễu tốt.
Cấu trúc dạng module cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng kết nối (thêm module mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm module truyền thông)
Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ bào và ngõ ra được chuẩn hóa
Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng dễ hiểu và dễ sử dụng.
Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng.
- Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điều khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình.
- Bộ điều khiển lập trình là ý tưởng của một nhóm kỹ sư hãng Ganeral Motors vào năm 1968, và họ đã để ra các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng những yêu cầu điều khiển trong công nghiệp:
Dễ lập trình và thay đổi chương trình điều khiển ,sử dụng thích hợp trong nhà máy
Cấu trúc dạng module để dễ dàng bảo trì và sữa chữa.
Tin cậy hơn trong môi trường sản xuất của nhà máy công nghiệp.
Dùng linh kiện bán dẫn nên có kích thước nhỏ hơn mạch rơ-le chức năng tương đương.
- Những chỉ tiêu này tạo sự quan tâm của các kỹ sư thuộc nhiều ngành nghiên cứu về khả năng ứng dụng của PLC trong công nghiệp Các kết quả nghiên cứu đã đưa ra thêm một số yêu cầu cần phải có trong chức năng của PLC : tập lệnh từ các lệnh logic đơn giản được hỗ trợ thêm các lệnh về tác vụ định thì, tác vụ đếm, sau đó là các lệnh xử lý toán học, xử lý bằng dữ liệu, xử lý xung tốc độ cao, tính toán số liệu số thực 32 bit, xử lý thời gian thực, đọc mã vạch, vv … Song song đó,sự phát triển về phần cứng cũng đạt được nhiều kết quả; bộ nhớ lớn hơn, số lượng ngõ vào/ra nhiều hơn, nhiều module chuyên dùng hơn Vào năm 1976, PLC có khả năng điều khiển các ngõ vào /ra ở xa bằng kỹ thuật truyền thông.
- Sự gia tăng những ứng dụng PLC trong công nghiệp đã thúc đẩy các nhà sản xuất hoàn chỉnh các họ PLC với các mức độ khác nhau về khả năng, tốc độ xử lý và hiệu suất Các họ PLC phát triển từ loại làm việc độc lập, chỉ với 20 ngõ vào/ra và dung lượng bộ nhớ chương trình 500 bước, đến các PLC có cấu trúc module nhằm dễ dàng mở rộng thêm khả năng và chức năng chuyên dùng bao gồm:
Xử lý tín hiệu liên tục (analog).
Điều khiển động cơ servo,động cơ bước
Tăng số lượng ngõ vào/ra
Tăng bộ nhớ mở rộng.
- Với cấu trúc dạng module cho phép chúng ta mở rộng hay nâng cấp một hệ thống điều khiển dùng PLC với chi phí và công suất ít nhất.
2.1.3 Sơ lược về lịch sử ra đời và phát triển của PLC
- Bộ điều khiển lập trình đầu tiên (Programmable controller) đã được những kỹ sư Công ty General Motor (Hoa Kỳ) đã sáng chế và cho ra đời năm 1968.
- Với các chỉ tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng các yêu cầu điều khiển:
Dễ lập trình và thay đổi chương trình.
Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì và sữa chữa
Đảm bảo độ tin cậy trong môi trường sản xuất.
- Tuy nhiên hệ thống còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành và lập trình hệ thống Vì vậy các nhà thiết kế - chế tạo từng bước cải tiến hệ thống trở nên đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành hơn.
- Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969 Điều này đã tạo ra sự thuận lợi và phát triển thật sự cho kỹ thuật lập trình điều khiển.
- Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển thời kỳ đầu Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống.
- Đó là tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang.
- Sự phát triển của hệ thống phần cứng từ năm 1975 cho đến nay đã làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ hơn với các chức năng mở rộng:
Số lượng ngõ vào, ngõ ra nhiều hơn và có khả năng điều khiển các ngõ vào, ngõ ra từ xa bằng kỹ thuật truyền thông.
Bộ lưu trữ dữ liệu nhiều hơn.
Nhiều loại Module chuyên dùng hơn.
- Trong những năm đầu thập niên 1970, với sự phát triển của công nghệ phần mềm, bộ lập trình điều khiển PLC không chỉ thực hiện các lệnh Logic đơn giản mà còn có thêm các lệnh về định thì, đếm sự kiện, các lệnh về xử lý toán học, xử lý dữ liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực.
- Từ năm 1970 cho đến nay, bộ điều khiển lập trình PLC đã trở thành một thiết bị không thể thiếu trong công nghiệp tự động.
- Các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ Tốc độ của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét nhanh hơn Bên cạnh đó, PLC được chế tạo có thể giao tiếp với các thiết bị ngoại vi nhờ vậy mà khả năng ứng dụng của PLC được mở rộng hơn.
2.1.4 Cấu trúc và hoạt động của PLC
PLC là một thiết bị cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển số thông qua một ngôn ngữ lập trình Các bộ điều khiển PLC được sản xuất theo dòng sản phẩm Khi mới xuất xưởng chúng chưa có một chương trình cho một ứng dụng nào cả Tất cả các cổng logic cơ bản, chức năng nhớ, timer, couter,… Được nhà chế tạo tích hợp trong chúng và được kết nối với nhau bằng chương trình được viết bởi người dùng cho một nhiệm vị điều khiển cụ thể nào đó Toàn bộ chương trình điều khiển sẽ được lưu vào trong bộ nhớ của PLC Điều này làm cho PLC giống như một máy tính, nghĩa là có bộ vi xử lý, một hệ điều hành, bộ nhớ để lưu các chương trình hỗ trợ điều khiền, dữ liệu, các cổng ra/vào để kết nối với các đối tượng điều khiển… Như vậy có thể thấy cấu trúc cơ bản của một PLC bao giờ cũng gồm các thành phần cơ bản sau :
Bộ xử lý trung tâm.
Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc PLC
Bộ xử lý trung tâm
Giới thiệu PLC S7-200
2.2.1 Giới thiệu chung về PLC S7-200
- PLC viết tắt của Programable Logic Controler: Là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình Như vậy với chương trình điều khiển trong PLC trở thành bộ điều khiển số nhỏ gọn có thể dễ dàng thay đổi thuật toán điều khiển và trao đổi thông tin với môi trường bên ngoài (PLC khác hoặc máy tính).
- S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens (CHLB Đức), có cấu trúc kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng với những mục đích khác nhau.
- Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu (Catridge).
- Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X (loại cũ) và 22X (loại mới), trong đó họ 21X không còn sản xuất nữa:
- Họ 21X có các đời sau: 210, 212, 214, 215-2DP, 216.
- Họ 22X có các đời sau: 221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM.
Bảng 1: Đặc tính của một số CPU
Giới thiệu về module mở rộng:
- Module đầu vào số: EM221 có nhiều loại bao gồm 8/16 đầu vào và điện áp 24VDC/120-230VAC.
- Module đầu ra số: EM222 bao gồm 4/8 đầu ra 24VDC/120-230 VAC.
- Module vào/ra số: EM223 bao gồm 4/8/16 đầu vào 24VDC và 4/8/16 đầu ra 24VDC/RELAY/230VAC.
- Module đầu vào tương tự: EM231 từ 2/4 đầu vào với các loại tín hiệu 0-10V,4- 20mA…
- Module đầu ra tương tự: EM232 có 2 đầu ra.
- Module vào ra tương tự: EM235 gồm 4 đầu vào và 1 đầu ra.
- Ngoài ra còn có các loại module thích hợp cho những ứng dụng khác như module điều khiển vị trí, module truyền thông.
Hình dáng và cấu trúc bên ngoài của một bộ PLC S7-200 gồm:
Hình 2.4 Hình dáng bên ngoài của PLC S7-200
- Các đầu vào/ra số:
Đầu vào (Ix.x): kết nối với nút bấm, công tắc, sensor…với điện áp vào tiêu chuẩn 24VDC.
Đầu ra (Qx.x): kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp 24VDC/220VAC (tùy theo loại CPU).
Đầu vào nguồn: 24VDC/220VAC (tùy theo loại CPU)
Đèn RUN (màu xanh): Chỉ báo PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình.
Đèn STOP (màu vàng): Chỉ báo PLC đang ở chế độ dừng và không thực hiện chương trình, các đầu ra đều ở trạng thái “OFF”.
Đèn SF/DIAG: Chỉ báo hệ thống bị hỏng tức do lỗi phần cứng hoặc hệ điều hành
Đèn Ix.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu vào số (ON/OFF).
Đèn Qx.x(màu xanh): Chỉ báo trạng thái của đầu ra số (ON/OFF)
Port truyền thông nối tiếp RS485: Giao tiếp với PC, PG, TD200, OP, mạng biến tần,…
Port cho module mở rộng: Kết nối với module mở rộng
- Công tắc chuyển chế độ:
RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình, khi chương trình lỗi hoặc gặp lệnh STOP thì PLC tự động chuyển sang chế độ STOP mặc dù công tắc vẫn ở vị trí RUN (quan sát đèn trạng thái).
STOP: Dừng cưỡng bức chương trình đang chạy, các đầu ra chuyển về OFF.
TERM: Cho phép người dùng chọn một trong hai chế độ RUN/STOP từ xa, ngoài ra còn được dùng để download chương trình người dùng.
Mỗi PLC đều có từ một đến hai vít chỉnh tương tự có thể xoay được 270 độ để thay đổi giá trị của vùng nhớ biến trong chương trình.
Hình 2.5 Cấu trúc bên ngoài của PLC S7-200 Cấu trúc phần cứng
- Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau:
Module đơn vị xử lý trung tâm (CPU)
Module quản lý phối ghép vào ra.
Hình 2.6 Mô hình tổng quát của một PLC S7-200 Đơn vị xử lý trung tâm (CPU Central Processing Unit)
- CPU dùng để xử lý, thực hiện những chức năng điều khiển phức tạp quan trọng của PLC Mỗi PLC thường có từ một đến hai đơn vị xử lý trung tâm.
- CPU thường được chia làm hai loại: đơn vị xử lý “một bit” và đơn vị xử lý “từ ngữ”: - Đơn vị xử lý “một bit”: Chỉ áp dụng cho những ứng dụng nhỏ, đơn giản, chỉ đơn thuần xử lý ON/OFF nên kết cấu đơn giản, thời gian xử lý dài.
- Đơn vị xử lý “từ ngữ”: Có khả năng xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép toán, đo lường, đánh giá, kiểm tra nên cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều tuy nhiên thời gian xử lý được cải thiện nhanh hơn.
- Bao gồm các loại bộ nhớ RAM, ROM, EEFROM, là nơi lưu trữ các thông tin cần xử lý trong chương trình của PLC.
- Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU.
- Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện.
- Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC).
- Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý.
- Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và cách ly quang.
- Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC
Khối quản lý ghép nối
- Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận hành, mạng truyền thông công nghiệp.
- Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năng đọc/ghi chỉ trừ vùng nhớ đặc biệt SM (Special Memory) là vùng nhớ có số chỉ đọc, số còn lại có thể đọc/ghi được.
Vùng nhớ chương trình: Là miền bộ nhớ được dùng để lưu giữ các lệnh Chương trình Vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được.
Vùng nhớ tham số: Là miền lưu giữ các tham số như từ khoá, địa chỉ trạm… cũng giống như vùng chương trình, vùng này thuộc kiểu (non-valatile) đọc/ghi được.
Vùng dữ liệu: Được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả của các phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông…
Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng Vùng này không thuộc kiểu non-valatile nhưng đọc/ghi được.
Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình Do vậy sẽ được trình bày chi tiết ở mục tiếp theo.
Hình 2.7 Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200
- Vùng nhớ chương trình gồm ba khối chính: OB1, SUBROUTIN và INTERRUPT.
OB1: Chứa chương trình chính, các lệnh trong khối này luôn được quét trong mỗi vòng quét.
SUBROUTIN: Chứa chương trình con, được tổ chức thành hàm và có biến hình thức để trao đổi dữ liệu, chương trình con sẽ được thực hiện khi có lệnh gọi từ chương trình chính.
INTERRUPT: Miền chứa chương trình ngắt, được tổ chức thành hàm và có khả năng trao đổi dữ liệu với bất kỳ một khối chương trình nào khác Chương trình này sẽ được thực hiện khi có sự kiện ngắt xảy ra.
- Vùng dữ liệu là một vùng nhớ động Nó có thể được truy cập theo từng bit, từng byte, từng từ đơn (word) hay từ kép (double word) và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…
- Vùng dữ liệu được chia thành những vùng nhớ nhỏ để phục vụ cho những mục đích và công dụng khác nhau, bao gồm các vùng sau:
V (Variable memory): Vùng nhớ biến.
I (Input image register): Vùng đệm đầu vào
Q (Output image register): Vùng đệm đầu ra.
M (Internal memory bits): Vùng nhớ các bit nội
SM (Special memory): Vùng nhớ đặc biệt.
THI CÔNG MÔ HÌNH
Cơ sở lý thuyết về động cơ điện một chiều
- Trong nền sản xuất hiện đại, máy điện một chiều vẫn được coi là một loại máy quan trọng Nó có thể dùng làm động cơ điện, máy phát điện hay dùng trong những điều kiện làm việc khác Động cơ điện một chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt, vì vậy máy được dùng nhiều trong những ngành công nghiệp có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ như cán thép, hầm mỏ, giao thông vận tải Động cơ điện được phân loại theo cách kích thích từ, thành các động cơ kích thích độc lập, kích thích song song, kích thích nối tiếp và kích thích hỗn hợp Cần chú ý rằng ở động cơ kích thích độc lập Iư=I; ởđộng cơ kích thích song song và hỗn hợp I = Iư + It; ởđộng cơđiện kích thích nối tiếp I
= Iư= It Trên thực tế, đặc tính cơ của động cơ kích thích độc lập và kích thích song song hầu như giống nhau nhưng khi cần công suất lớn ngừơi ta thường dùng động cơ điện kích thích độc lập để điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận lợi và kinh tế hơn mặc dù loại động cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên ngoài Ngoài ra, khác với trường hợp máy phát kích thích nối tiếp, động cơ điện nối tiếp được dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng điện.
Hình 3.1 Động cơ điện một chiều
3.1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc
- Cấu tạo của động cơ điện một chiều
Phần tĩnh(stato): Đây là phần đứng yên của máy Phần tĩnh gồm có các bộ phận sau:
Hình 3.2 Phần ứng của động cơ điện một chiều o Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng ngoài lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày 0.5 đến 1 mm ép lại và tán chặt Trong máy điện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ đặt trên các cực từ này và được nối nối tiếp với nhau. o Cực từ phụ: được đặt giữa các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều Lõi thép của cực từ phụ có đặt dây quấn mà cấu tạo giống như dây quấn cực từ chính Cực từ phụ được gắn vào vỏ máy nhờ những bulông. o Ngoài ra còn có các bộ phận khác như: Nắp máy để bảo vệ máy khỏi bị những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn hay an toàn cho người khỏi chạm vào điện Cơ cấu chổi than để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài.
Phần quây(roto): Phần quây gồm những bộ phận sau:
Hình 3.3 Phần quay của động cơ điện một chiều o Lõi sắt phần ứng: dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện (thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây nên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào Trong những máy cỡ trung trở lên, người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục Trong những máy điện hơi lớn thì lõi sắt thường được chia làm từng đoạn nhỏ Giữa các đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe thông gió ngang trục Khi máy làm việc, gió thổi qua các khe làm nguội dây quấn và lõi sắt Trong máy điện nhỏ lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục Trong máy điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto. o Dây quấn phần ứng: là phần sinh ra s.đ.đ và có dòng điện chạy qua Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ (công suất dưới vài kilôoat) thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn, thường dùng dây tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép Để tránh khi quay bị văng ra do sức ly tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc phải đai chặt dây quấn Nêm có thể làm bằng tre, gỗ hay bakilit. o Cổ góp: dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Kết cấu của cổ góp gồm nhiều phiến đồng có duôi nhạn cách điện với nhau bằng lớp mica dày 0.4 đến 1.2 mm và hợp thành một hình trụ tròn Hai đầu trụ tròn dùng hai vành ốp hình chữ V ép chặt lại Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica Đuôi vành góp có cao hơn một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn vào các phiến góp dược dễ dàng. o Các bộ phận khác như: Cánh quạt để quạt gió làm nguội máy Trục máy để đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.
- Nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều thực chất là máy điện đồng bộ trong đó suất điện động xoay chiều được chỉnh lưu thành suất điện động một chiều Để chỉnh lưu suất điện động ta có hai đầu vòng dây được nối với hai phiến góp trên có hai chổi điện luôn tỳ sát vào chúng Khi rôto quay, do chổi điện luôn tiếp xúc với phiến góp nối với thanh dẫn Vì vậy suất điện động xoay chiều trong vòng dây đã được chỉnh lưu ở mạch ngoài thành suất điện động và dòng điện một chiều nhờ hệ thống vành góp và chổi điện Để suất điện động một chiều giữa các chổi điện có trị số lớn và ít đập mạch, dây quấn rôto thường có nhiều vòng dây nối với nhiều phiến góp làm thành dây quấn phần ứng và có cổ góp điện (còn gọi là cổ góp hoặc vành đổi chiều).
3.1.3 Đặc tính của động cơ điện một chiều
- Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
Hình 3.4 Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ độc lập
- Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ song song
Hình 3.5 Sơ đồ nối dây của động cơ điện một chiều kích từ song song
Cả 2 loại động cơ kích từ độc lập và kích từ song song đều có chung phương trình đặc tính cơ dạng ω = U ư
Từ 2 phương trình trên ta nhận thấy vận tốc và mô men tuân theo đồ thị dạng y=ax+b.
Do vậy đường đặc tính cơ có dạng:
Hình 3.6 Đường đặc tính cơ
Cơ sở lý thuyết về cảm biến
3.2.1 Khái niệm về cảm biến
- Cam biên – sensor: xuât phat tư chư “sense” nghia la giac quan – do đo no như cac giac quan trong cơ thê con ngươi Nhơ cam biên ma mach điên, hê thông điên co thê thu nhân thông tin tư bên ngoai Tư đo, hê thông may moc, điên tư tư đông mơi co thê tư đông hiên thi thông tin vê đai lương đang cam nhân hay điêu khiên qua trinh đinh trươc co kha năng thay đôi môt cach uyên chuyên theo môi trương hoat đông.
- Đê dê hiêu co thê so sanh cam nhân cua cam biên qua 5 giac quan cua ngươi như sau:
Anh sang, hinh dang, kich thươc, vi tri xa gân, mau săc.
Ap suât, nhiêt đô, cơn đau,
Cam biên thu hinh, cam biên quang.
Nhiêt trơ, cam biên tiêm tiêp xuc, tiêm cân, âm, khô cân, cam biên đô rung
Ngot, măn, chua cay, beo. Âm râm bông, song âm, âm lương. đông. Đo lương đương trong mau.
Khưu giac Mui cua cac chât khi, chât long.
Cam biên song siêu âm, mi-cro. Đo đô côn, thiêt bi cam nhân khi ga.
- Cảm biến là thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lýđược.
- Các đại lượng cần đo (m) thường không có tính chất điện (như nhiệt độ, áp suất ) tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện hoặc trở kháng) chứa đựng thông tin cho phép xác định giá trị của đại lượng đo Đặc trưng (s) là hàm của đại lượng cần đo (m): s = F(m)
- Theo nguyên lý chuyển đổi giửa kích thích và đáp ứng:
Hiện tượng vật lý: o Nhiệt điện o Quang điện o Quang từ o Điện từ o Quang đàn hồi o Từ điện o Nhiệt từ
Hiện tượng hóa học: o Biến đổi hoá học o Biến đổi điện hoá o Phân tích phổ o Biến đổi sinh hoá
Hiện tượng sinh học: o Biến đổi vật lý o Hiệu ứng trên cơ thể sống
- Phân loại theo dạng kích thích:
Âm thanh o Biên pha, phân cực o Phổ o Tốc độ truyền sóng
Điện: o Điện tích, dòng điện o Điện thế, điện áp o Điện trường (biên, pha, phân cực, phổ) o Điện dẫn, hằng số điện môi, o Từ: o Từ trường (biên, pha, phân cực, phổ) o Từ thông, cường độ từ trường o Độ từ thẩm
Quang: o Biên, pha, phân cực, phổ o Tốc độ truyền o Hệ số phát xạ, khúc xạ o Hệ số hấp thụ, hệ số bức xạ
Cơ: o Vị trí o Lực, áp suất o Gia tốc, vận tốc
Mô men: o Khối lượng, tỉ trọng o Vận tốc chất lưu, độ nhớt
- Theo tính năng của bộ cảm biến
- Phân loại theo phạm vi sử dụng:
- Phân loại theo thông số của mô hình mạch điện thay thế:
Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áp hoặc nguồn dòng.
Cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thông số R, L, C, M tuyến tính hoặc phi tuyến.
3.2.3 Vai trò – ứng dụng của cảm biến
- Các bộ cảm biến đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong lĩnh vực đo lường và điều khiển Chúng cảm nhận và đáp ứng theo các kích thích thường là các đại lượng không điện, chuyển đổi các đại lượng này thành các đại lượng điện và truyền các thông tin về hệ thống đo lường điều khiển, giúp chúng ta nhận dạng đánh giá và điều khiển mọi biến trạng thái của đối tượng.
Thiết kế mô hình
Hình 3.7 Dây chuyền phân loại sản phẩm bia ở nhà máy
- Từ nhiệm vụ chính của đề tài đặt ra là nghiên cứu thiết kế - chế tạo mô hình phân loại sản phẩm, nội dung nghiên cứu của đề tài được thực hiện với các mục đích sau:
Thực hiện nghiện cứu hệ thống chạy ổn định
Nghiên cứu các hệ thống phân loại sản phẩm để áp dụng cải tiến thêm để áp dụng vào mô hình
Với mục đích nghiên cứu thiết kế trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp nên mô hình phải thực hiện được tính thực tế của hệ thống phân loại sản phẩm tự động
Ngoài ra việc trình bày thuyết trình hay là báo cáo phải làm một cách có hệ thống và khoa học về cơ sở lý thuyết, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của mô hình
Chọn vật liệu
- Đế đỡ toàn bộ mô hình: Sử dụng gỗ tấm
Kích thước (Dài x Rộng x Cao):
- Một số ưu điểm của gỗ tấm:
Khối lượng nhẹ hơn nhiều so với vật liệu khác
Thuận tiện cho việc thiết kế và bắt vít cố định cho toàn bộ mô hình hệ thống
- Khung đỡ: Sử dụng thép định hình V lỗ Thép định hình V lỗ được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và xây dựng dân dụng, kết cấu bộ phận,…
- Một số ưu điểm của thép định hình V lỗ:
Khả năng chịu nhiệt tốt
Chi phí sản xuất thấp
- Phần tử ghép nối cơ khí: Cố định khung bằng ốc Vít vặn đầu đinh tán.
- Ưu điểm của ốc vít vặn đầu đinh tán:
Chi phí sử dụng phù hợp
Khả năng ghép nối cao
Đảm bảo độ cứng, vững cho toàn hệ thống
Thiết kế phần điện
3.5.1 Chọn thiết bị điều khiển (PLC)
- Từ việc tính toán mô hình thì nhóm chọn PLC S7-200 và loại CPU 224
Hình 3.11 PLC S7-200 CPU 224 AC/DC/RLY
Dòng định mức: 150mA – 450mA
Đường kính động cơ: 37mm
Chiều dài: 52mm (không bao gồm chiều dài trục)
Lực truyền động: 3,5 kg*cm
- Cảm biến Quang (Photoelectric Sensor, PES) nói một cách nôm na, thực chất chúng là do các linh kiện quang điện tạo thành Khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt của cảm biến quang, chúng sẽ thay đổi tính chất Tín hiệu quang được biến đổi thành tín hiệu điện nhờ hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) khi có một lượng ánh sáng chiếu vào.
Hình 3.13 Cảm biến quang NPN
3.5.4 Chọn rơ le trung gian
- Rơ le là loại khí cụ điện hạ áp tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định Rơ le được sử dụng rất rộng rãi trong mọi lĩnh vực khoa học công nghệ và đời sống hàng ngày Đặc tính cơ bản của rơle là đặc tính vào ra Khi đại lượng đầu vào X tăng đến 1 giá trị tác động X2, đại lượng đầu ra Y thay đổi nhảy cấp từ 0(Ymin) đến 1(Ymax) Theo chiều giảm của X, đến giá trị số nhả X1 thì đại lượng đầu ra sẽ nhảy cấp từ 1 xuống 0.
Hình 3.14 Rơ le trung gian dùng trong công nghiệp
- Xy lanh khí nén (đôi khi được gọi là xylanh khí): là các thiết bị cơ được chạy bằng khí (thường là không khí).
- Van điện từ: là một thiết bị cơ điện được sử dụng để kiểm soát dòng chảy chất lỏng hoặc khí Van điện từ hay còn gọi là solenid valve được điều khiển bởi dòng điện 220V hoặc 24V được điều hành thông qua một cuộn dây.
- Van tiết lưu: là một loại van thủy lực có công dụng điều chỉnh lưu lượng chất lỏng trong hệ thống thủy lực hoặc một bộ phận hệ thống thủy lực, qua đó điều chỉnh vận tốc cơ cấu chấp hành: động cơ thủy lực.
ĐIỀU KHIỂN VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG
Kết nối PLC và mạch động lực
Khi nhấn nút Start, động cơ điện một chiều quay truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Nguyên lý hoạt động được chia thành hai quá trình:
- Quá trình cấp sản phẩm vào băng chuyền: Khi có sản phẩm trong hộp, cảm biến quang nhận biêt và gửi tín hiệu về PLC Bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu về đầu tác động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm vào băng chuyền Hai cảm biến quang thu phát được bố trí trên băng chuyền với vị trí đặt cảm biến theo thứ tự lần lượt cao và trung bình tính từ hộp cấp phôi.
- Quá trình phân loại sản phẩm trên băng chuyền: Tùy thuộc vào độ cao của từng sản phẩm để có thể phân loại Nếu sản phẩm cao trên băng chuyền đi qua sẽ che cảm biến cao, lập tức gửi tín hiệu về PLC, bộ PLC xử lý và đưa ra tín hiệu về đầu tác động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm cao vào khay chứa tương ứng. Sản phẩm có chiều cao trung bình sẽ không che cảm biến cao và khi đi qua cảm biến trung bình, cảm biến sẽ nhận biết và gửi tín hiệu về PLC Bộ PLC xử lý và xuất tín hiệu đến đầu tác động điện của van đảo chiều 5/2 điều khiển piston đẩy sản phẩm trung bình vào khay chứa tương ứng Sản phẩm thấp nhất sẽ được đi hết băng chuyền và được phân loại vào khay chứa cuối cùng.
Khi nhấn nút Stop, hệ thống dừng hoạt động.
4.1.2 Bảng phân công đầu vào đầu ra
4.1.3 Sơ đồ mạch động lực
Hình 4.1 Sơ đồ mạch động lực
4.1.4 Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 4.2 Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán
Hình 4.4 Giản đồ thời gian
Điều khiển bằng PLC
SVTH: NGUYỄN PHÚC TUYÊN ĐẶNG CÔNG SƠN
SVTH: NGUYỄN PHÚC TUYÊN ĐẶNG CÔNG SƠN
Kết quả
4.3.1 Hệ thống phần cơ khí
Đánh giá
- Sau quá trình nghiên cứu, thiết kế và thi công, mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao đã được chế tạo thành công Nhìn chung, hệ thống đáp ứng được các yêu cầu của đề tài đặt ra, tuy nhiên hệ thống vẫn còn một số nhược điểm, cần phải khắc phục.
- Thiết kế nhỏ gọn phù hợp với yêu cầu của đề tài
- Hệ thống điều khiển hoàn toàn tự động: Việc áp dụng công nghệ lập trình PLC đã đem lại cho mô hình những tính năng vượt trội về điều khiển, tuổi thọ của các thiết bị được nâng cao
- Đơn giản trong thao tác, vận hành, sửa chữa và bảo dưỡng
- Hệ thống khí nén ổn định
- Mô hình hệ thống hoạt động an toàn
- Khả năng phân loại sản phẩm của hệ thống chính xác
- Tính thẩm mỹ chưa cao
- Động cơ chạy còn gây tiếng ồn
- Giá thành của bộ PLC cao
Nguyên nhân và biện pháp khắc phục
- Trong quá trình hoạt động hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao xuất hiện nhiều lỗi khiến hệ thống làm việc gặp nhiều hạn chế: lỗi động cơ, cách bố trí các phần tử chưa đạt thẩm mỹ cao Các lỗi này do nhiều nguyên nhân khách quan cũng như chủ quan gây ra nhưng nhìn chung do một số nguyên nhân sau:
+ Thiết kế cơ khí chưa đạt được độ ổn định cao vẫn còn hơi rung lắc
+ Chưa có hệ thống ổn định quá dòng
+ Cách bố trí các phần tử chưa hợp lý
- Tối ưu hóa hệ thống cơ khí sao cho hệ thống đảm bảo tạo thành một khối liên kết chắc chắn
- Hoàn thiện hệ thống lý thuyết để có thể đưa sản phẩm ra thực tiễn
Hướng phát triển
- Trong tương lai, mô hình hệ thống sẽ được nghiên cứu sâu để đưa hệ thống vào ứng dụng thực tế trong các ngành công nghiệp nói chung và công nghiệp tự động hóa nói riêng
- Hệ thống có thể phân loại được nhiều sản phẩm với các tiêu chí khác nhau trong nhiều trường hợp