Môn tự động hoá quá trình sản xuất đề tài thiết kế điều khiển cho băng tải thu liệu

Trang 1 Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải Khoa Điện – Điện Tử BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Mơn : Tự Động Hố Q Trình Sản Xuất Đề Tài : Thiết kế điều khiển cho băng tải thu liệu Giảng viên : TS.N

Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải

Khoa Điện – Điện Tử

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

Môn : Tự Động Hoá Quá Trình Sản Xuất

Đề Tài : Thiết kế điều khiển cho băng tải thu liệu

Giảng viên : TS.Nguyễn Tuấn Phường

Lớp : Trang bị điện trong công nghiệp và giao thông 2-K60

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 4

Thành viên nhóm : Nguyễn Văn Linh Nguyễn Quốc Khánh Phạm Minh Khuyến Nguyễn Huy Lợi

Trần Văn Minh

HÀ NỘI 2023

MỤC LỤC

Chương 1 Yêu cầu công nghệ và xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống…………

1.Tổng quan về băng tải thu liệu………

2 Cấu tạo băng tải………

3 Thông số kỹ thuật………

4 Điều khiển băng tải thu liệu………

Chương 2 Tính toán thiết kế mạch lực………

1.Sơ đồ mạch động lực………

2 Tính chọn các phần tử trong sơ đồ………

3.Vẽ sơ đồ nối dây và tủ điện………

Chương 3 Tính toán hệ thống thiết kế điều khiển………

1 Tính số lượng đầu vào số, đầu ra số, đầu vào trong tương tự…

2 Chọn PLC, modun vào ra, cảm biến và thiết bị chấp hành……

Chương 4 Xây dựng sơ đồ grafeet và lập trình………

1.Xây dựng sơ đồ grafeet………

2.Lập trình………

3.Mô phỏng………

LỜI NÓI ĐẦU

Với mục tiêu đưa đất nước ngày càng phát triển , giàu mạnh , hiện đại

tiến tới hội nhập với thế giới thì phát triển trong công nghiệp đóng vai trò quyết định trong quá trình đó Đòi hỏi ngành công nghiệp phải có được năng suất cao, giảm thiếu sức lao động của con người, do đó áp dụng các hệ thống

tự động hóa trong công nghiệp là một giải pháp thiết thực.

Ngày nay, việc ứng dụng các bộ điều khiển logic khả trình như PLC ngày càng được sử dụng rộng rãi Đặc biệt là các dòng sản phẩm PLC của Siemens.

Nó mang lại hiệu quả hoạt động ổn định, chính xác, bền bỉ và thích ứng với nhiều môi trường khắc nghiệt trong công nghiệp Do đó chúng em chịn đề tài

“Thiết kế điều khiển cho băng tải thu liệu” với mục đích tạo môi trường thực

hành và ứng dụng những lý thuyết được học về PLC vào những mô hình thực

tế Qua đó có được những kỹ năng cơ bản về lập trình kết nối và ứng dụng PLC trong thực tế sau này.

Trong quá trình làm đề tài, chúng em luôn được sự hướng dẫn chỉ bảo tận

tình và được cung cấp những tài liệu cần thiết của TS.Nguyễn Tuấn Phường

Tuy nhiên cũng do thời gian và đề tài có giới hạn cùng với phạm vi nghiên cứu , tài liệu , kiến thức còn hạn chế nên đề tài này của chúng em không tránh khỏi những sai sót Rất mong được các thầy cô đóng góp ý kiến để bài báo cáo của chúng em được hoàn thiện tốt hơn.

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

Chương 1 Yêu cầu công nghệ và xây dựng sơ đồ cấu trúc hệ thống

1 Tổng quan về băng tải thu liệu

Hình 1.1 Băng tải thu liệu

Băng tải là một thiết bị truyền tải sản phẩm, nguyên vật liệu…giúp di chuyển

từ vị trí này sang vị trí khác với tốc độ nhanh, hiệu quả và chính xác

- Vai trò :

+ Đối với ngành công nghiệp

Để hiểu hơn về vai trò của băng tải đối với ngành công nghiệp trước hết taphải hiểu rõ tại sao cần phải sử dụng băng tải Tùy theo từng ngành sản xuất sẽ

có những lý do, nhu cầu riêng để sử dụng băng tải nhưng chung quy các doanhnghiệp sử dụng băng tải nhằm các mục đích cơ bản:

 Di chuyển các sản phẩm để tránh lãnh phí thời gian công sức

Vì vậy, đối với ngành công nghiệp nói chung và ngành sản xuất nói riêng việc

sử dụng băng tải trong doanh nghiệp là điều không thể thiếu và vai trò của nórất quan trọng

Đối với ngành chế biến, sản xuất thì băng tải dường như là thiết bị bắt buộc phải có để hoạt động, nó giúp cho quá trình sản xuất diễn ra liên tục và mạchlạc, thay thế rất nhiều vào nguồn nhân lực thủ công cho các hoạt động vậnchuyển nguyên liệu và hàng hóa trong ngành sản xuất

Đối với các ngành công nghiệp, khai khoán điển hình như ngành côngnghiệp khai thác than, dầu mỏ, kim loại, khai thác gỗ,… Các ngành côngnghiệp nguyên liệu: luyện kim và gia công kim loại, luyện cốc và than cốc,hóa chất, nguyên liệu hóa chất, xi-măng đều đòi hỏi tần suất sản xuất lớn,trong thời gian dài, liên tục để tạo ra các hàng hóa cung ứng Với mục đíchnâng cao năng lực sản xuất và giảm chi phí để đạt được mục tiêu trên thìkhông thể dựa vào sức người được Vai trò chính yếu của băng tải trong cácngành công nghiệp nặng là thay thế sức lực con người, giúp con người vậnchuyển hàng hóa, nguyên, vật liệu với số lượng lớn, kích thước nặng trongmọi không gian, thời gian và khoảng cách

Băng tải thu liệu là một hệ thống vận chuyển, thu nguyên liệu từ hệ thống

nhà máy sản xuất Sự ra đời của băng tải thu liệu giúp vận chuyển các sản phẩm

ở độ dốc cao thuận tiện và nhanh chóng

- Với đề tài của chúng em :

● Băng tải thu liệu giữ vai trò chủ đạo, nó giúp thu vật liệu từ các băng tải cấpliệu , luân chuyển hàng hóa qua các giai đoạn , giúp cho quá trình vận chuyển diễn ra chính xác , nhanh gọn, năng suất

● Băng tải giữ vai trò vận chuyển hầng hóa đến các vị trí phân loại, trên băng tải này có gắn thêm các cơ cấu phân loại như xylanh, cần gạt, cảm biến,…

2 Cấu tạo băng tải

 Khung băng tải: Thườngđược làm bằng nhôm địnhhình, thép sơn tĩnh điệnhoặc Inox.

 Mặt băng tải bằng belt hoặccon lăn: Thường là dâybăng PVC dầy 2mm và3mm hoặc dây băng PUdầy 1.5mm

 Bộ điều khiển băng tải:PLC, Biến tần, Speedcontroller, Cảm biến, Rơ-

le, Contactor…

 Con lăn kéo/con lăn chủđộng bằng thép mạ kẽmhoặc nhôm có Ø50, Ø60,Ø76, Ø89, Ø102 …

 Con lăn đỡ/con lăn bị độngbằng thép mạ kẽm hoặcinox có Ø25, Ø32, Ø38

 Băng tải truyền động xíchhoặc đai

 Động cơ giảm tốc côngxuất từ 25W đến 2.2KW.

3 Thông số kỹ thuật

• Công suất động cơ: M1, M2, M3, M4 là 5KW, M5 là 14KW

• Chiều dài : 3000-1500 (mm)

• Chiều rộng băng tải : 500-1200 (mm)

• Chiều cao băng tải điều chỉnh : 500-1500 (mm)

• Góc nghiêng băng tải : (0-260 )

• Tốc độ dây băng điều khiển bằng biến tần : 10-60 (m/phút)

• Tốc độ điều chỉnh tùy thuộc vào từng sản phẩm và công suất băng tải

• Kết cấu khung : Khung thép tiêu chuẩn bề mặt sơn tĩnh điện

• Động cơ giảm tốc : hãng japan, Itali, …

4 Điều khiển băng tải thu liệu

Chú ý : tín hiệu “high” của sensor B1 được tự động sinh ra bởi động cơ 2s sau khi động cơ được chạy khởi động cho đến khi động cơ dừng ( ngắt điện )

Nhiệm vụ : Băng tải thu liệu thu vật liệu từ 4 băng tải khác Các băng tải cấp liệu phải được bật khi băng tải thu liệu được hoạt động

Hệ thống gồm 5 băng tải : 1 băng tải thu liệu và 4 băng tải khác

Chức năng 1 ( 2 trong 4 băng tải hoạt động) : Để bảo vệ băng tải thu liệu

khỏi quá tải, chỉ có 2 băng tải cấp liệu được đồng thời hoạt động Nếu 2 băng tảicấp liệu hoạt động đồng thời thì 2 băng tải còn lại sẽ phải được khóa Các đèn H1, H2, H3, H4 sẽ chỉ thị cho sự hoạt động của 4 băng tải cấp liệu tương ứng

Chức năng 2 (3 trong số các băng tải hoạt động đồng thời) : Tương tự chức

năng 1 nhưng chỉ có 3 băng tải hoạt động đồng thời

Điều khiển băng tải :

Để điều khiển cũng như vận hành băng tải trước hết phải kiểm tra các thiết bị

trên băng tải, kiểm tra sự sẵn sàng làm nhiệm vụ của băng tải

a Chế độ vận hành tự động ( từ phồng điều khiển trung tâm ):

Theo quy định việc khởi động các băng tải được thực hiện từ phòng điều khiểntrung tâm (khởi động từ xa) Sơ đồ điều khiển các động cơ điện của băng tảiđược bố trí thích hợp, để tiến hành khởi động các băng tải từ bảng điềukhiểntrung tâm Để điều khiển tự động từ bảng điều khiển bằng các khóa điều khiểnphải chọn sơ đồ cấp liệu Sau khi đặt khóa điều khiển vào vị trí tự động các đèn

vị trí của thiết bị này sẽ nhấp nháy Sau đó tín hiệu từ sơ đồ khởi động trung tâm

sẽ chạy băng cuối cùng theo tuần tự của tuyến băng tải

b Chế độ vận hành tại chỗ :,

Chế độ này được vận hành tại bảng điều khiển đặt gần cơ cấu truyền độngcủa băng tải, việc thực hiện chế độ này bằng cách ấn nút khởi động và nút dừngtại hộp điều khiển, công việc do công nhân vận hành băng tải trực tiếp thựchiện

Khi vận hành băng tải ở vị trí tại chỗ các khóa điều khiển ở bảng điều khiểntrung tâm phải được đưa về vị trí điều khiển tại chỗ Trường hợp này các liênđộng và bảo vệ công nghệ không tác động

Khi băng tải vận hành tại chỗ, người công nhận vận hành phải ấn nút phát tínhiệu âm thanh báo trước sau đó mới được ấn nút chạy động cơ điện của băngtải Việc dừng băng tải cũng được thực hiện bằng cách ấn nút dừng

c Chế độ vận hành độc lập :

Chỉ được phép sữa chữa thiết bị băng tải hoặc điều chỉnh băng Trong chế độ này các liên động không tác động Khi vận hành độc lập khóa điều khiển phải được đưa về vị trí vận hành độc lập Người công nhân vận hành băng tải thực hiện ấn nút khởi động hoặc dừng băng tải tại hộp điều khiển ở gần cơ cấu truyềnđộng của băng Sau khi khởi động băng tải cũng như lúc băng tải đang mang tải,công nhân vận hành phải thường xuyên kiểm tra sự làm việc của băng tải

Cường độ dòng điện của động cơ kéo băng tải không được vượt quá trị sô giới hạn đánh dấu bằng vạch đỏ trên ampe kế của chúng đặt tại phòng điều khiển trung tâm

Chú thích:

- MCB bảo vệ cho hệ thống băng tải

- Động cơ bang tải M1;M2;M3;M4;M5

- Các Attomat MCB1;MCB2;MCB3;MCB4;MCB5 các công tắc

K1;K2;K3;K4;K5 Rowle nhiệt R1;R2;R3;R4;R5 lần lượt bảo vệ đóng cắt cho động cơ băng tải M1;M2;M3;M4;M5

- MCB2b đóng cắt cho nguồn VDC

- 5M đấu tam giác để sử dụng điện áp 220V/380V 3 pha

- Bộ nguồn VDC để cấp điện áp vào PLC

Phần II.Tính chọn các phần tử trong sơ đồ

1 Lựa chọn động cơ băng tải

1.1 Vai trò, ví trí yêu cầu

+ Các loại động cơ luôn giữ vai trò quan trọng và thiết yếu trong hầu hết cáclĩnh vực của đời sống , đặc biệt là trong ngành công nghiệp Nó giữ vai trò thiếtyếu trong hầu hết tất cả các khâu , các công đoạn cũng là mắt xích không thểthiếu trong các hệ thống công nghiệp nhà máy

+ Trong hệ thống phân loại sản phảm thì mỗi bang tải đều có 1 động cơ dẫnđộng

+ Yêu cầu: động cơ hoạt động ổn định, không gây ồn ào,… đảm bảo cho hệthống hoạt động một cách hiệu quả nhất

+ Chọn động cơ điện bao gồm những việc chính là chọn loại, kiểu động cơ,chọn công suất và số vòng quay của động cơ

+ Chọn loại, động cơ đúng thì động cơ sẽ có tính năng làm việc phù hợp vớiyêu cầu

+ Đối với đề tài của em thì động cơ động cơ giữ vai trò thiết yếu, là phần khôngthể thiếu trong hệ thống Trong hệ thống băng tải phân loại theo sản phẩm của

em thì mỗi băng tải đều có 1 động cơ dẫn động

+ Chọn đúng công suất động cơ có một ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật lớn

2.2 Chọn Aptomat

Aptomat động cơ :

- Công suất của động cơ M5: P=15Kw

- Dòng điện của động cơ: IDC=√3 U cos P ∅= 15 103

√3 380 0 , 9=25,3(A)

- Ta chọn Iđm AT>Iđm động cơ

Chọn aptomat BKN 3P 32A của hãng LS

+ Điện áp định mức: 400V

+ Dòng điện cắt: 32A

+ Số pha: 3 Pha

Hình 2.4 BKN-3P-32A

- Công suất của động cơ: M1,2,3:P=5,5Kw

- Dòng điện của động cơ: IDC=√3 U cos∅ P = 5 , 5.103

√3 380 0 , 9= 9,2(A)

- Ta chọn Iđm AT> Iđm động cơ

Chọn aptomat BKN 3P 10A Hãng sản xuất : LS

+ Điện áp định mức : 400v

+ Dòng đóng cắt: 10A

+ Số pha: 3 pha

Chọn aptomat tổng BKN-3P-40A Hãng sản xuất: LS

* Aptomat phần điều khiển

- Phần điều khiển sử dụng cho PLC, Nguồn 24 VDC,…

Ta có dòng định mức của M5Idmdc = 25,3(A) Ta chọn Contactor MC hãng LS

- Thông số kĩ thuật:

+ Nguồn cấp: 100-240VAC, 50/60Hz hoặc 90-350VDC

+ Nguồn ra có thể điều chỉnh: 10%-15%(V.ADJ)

+ Ngõ ra ảnh hưởng bới nhiệt độ: 0,05%Cmax

+ Bảo vệ quá tải: 121%-160% dòng định mức

+ Chức năng mắc song song : Có

BKN 3P-10ABKN 3P-40ANKN 2P-10A

1411

MC-12A

14

Phần III Vẽ sơ đồ nối dây và tủ điện

Chương 3 Thiết kế mạch điều khiển dùng PLC

I.Tính số lượng đầu vào số, đầu ra số, đầu vào trong tương tự

Bảng 1: Bảng liệt kê các biến đầu vào , đầu ra của hệ thống

STT Đầu vào PLC Cài đặt

Tất cả các PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM) Một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC, các module I/O

Bên cạnh đó, một bộ PLC hoàn chỉnh còn đi kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính Hầu hết các đơn vị lập trình đơn giản đều có đủ RAM để chứa đựng chương trình dưới dạng hoàn thiện hay bổ sung Nếu đơn vịlập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ PLC Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485, …

Cấu trúc PLC gồm 4 phần chính : Đầu vào, bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ, khối đầu ra

+Khối đầu vào : có nhiệm vụ nhận tín hiệu đầu vào bao gồm các tín hiệu số và tín hiệu tương tự , các thiết bị đầu vào thường có là cảm biến, nút bấm công tắc+Khối xử lý trung tâm : bao gồm CPU và bộ nhớ, có nhiệm vụ xử lý các tín hiệu đầu vào và gửi tín hiệu cho đầu ra theo một chương trình lập trình , giao tiếp truyền thông với các thiết bị khác

+Khối đầu ra : xuất tín hiệu ra để điều khiển các thiết bị chấp hành

+Bộ nhớ : lưu trữ chương trình và thông số cài đặt cũng như trong quá trình vậnhành , có 2 bộ nhớ Ram và Rom, ngoài ra còn có thêm bộ nhớ ngoài EPROM

2 Giới thiệu về PLC-S7-1200

Giới thiệu chung :

Bộ điều khiển logic khi trình (PLC-Programille logic controler) S7-1200 làthiết bị điều khiển logic lập trình đang của hãng Siemens (CHLB Đức) manglại tính linh hoạt và sắ mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng, hỗ trợ cácyêu cầu về điều khiển tự động Sát kết hợp giữa thiết kế thu gọn cấu hình linhhoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoànhảo dành cho việc điều khiển nhiều ông dùng đa chung khác nhau

Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạchngô ra trong một kết cấu thủ gon CPU trong $7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh

mẽ Sau khi người chúng tái xuống một chương trình CPU sẽ chửa mạch logicđược yêu cầu để giảm mất và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPUgiảm tải các ngõ vào và làm thay đối nhỏ ra theo loại của chương trình ngườidùng có thể bao gồm các hoạt động như loại Bolean, Vila đầu đinh thời, cácphép toán phức hợp và việc truyền thống với các thiết bị thông minh khác

PLC thực hiện chương trình theo chu trình lập Mỗi vòng lập gọi là một vòngquét Mỗi vùng nuôi được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các vùng bộđếm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Sau giai đoạn thực hiệnchương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét đượckết thúc bằng giai đoạn chuyền các nội dung của bộ đếm ảo bởi các cổng ra.Như vậy tại thời điểm thực hiện lệnh vào ra thông thường lệnh không làm việctrực tiếp với công vào ra mà chỉ thông qua bộ đếm ảo của cổng trong vùng nhớtham số Nếu sử dụng các chế độ ngắt, chương trình con tương ứng với các chế

độ ngắt được soạn thảo và cài đặt như một bộ phận của chương trình Chươngtrình ngắt chỉ được thực hiện khi có sự kiện báo ngắt

Để phục vụ truyền thông S7-200 cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếpvới một mạng PROFINET Ngoài và có thể mở rộng các module truyền thôngdành cho việc giao tiếp nhà mạng RS232 hay RS485

Chương trình có cấu trúc : Chương trình được chia thành những phần nhỏ vàmỗi phần thực hiện một nhiệm vụ riêng biệt, từng phần nằm trong những khốiriêng biệt Loại chương trình này thường áp dụng với những yêu cầu phức tạp

và nhiều khâu Khi lập trình chương trình có cấu trúc thường sử dụng cácchương trình con và chương ngắt Chương trình con được viết trong khỏichương trình con và được gọi trong chương trình chính khi có lệnh gọi Chương