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 ta phải 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 doanh nghiệp sử dụng băng tải nhằm các mục đích cơ bản: Di chuyển các sản phẩm để tránh lãnh phí thời gian công sức Mang các sản phẩm có trọng lượng lớn Diễn ra liên tục trên một quy trình hoàn thành các công đoạn của sản phẩm Băng tải được sử dụng để vận chuyển vật liệu số lượng lớn, như sỏi hoặc quặng sắt, than đá… Để trình tự hoặc sắp xếp lại các sản phẩm ở giữa các quy trình Các loại băng tải như điện có thể thực hiện được điều này 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 nó rất 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 mạch lạc, thay thế rất nhiều vào nguồn nhân lực thủ công cho các hoạt động vận chuyển nguyên liệu và hàng hóa trong ngành sản xuất Đối với các ngành công nghiệp, khai khoán điển hình như ngành công nghiệp khai thác than, dầu mỏ, kim loại, khai thác gỗ,… Các ngành công nghiệp 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 đích nâng cao năng lực sản xuất và giảm chi phí để đạt được mục tiêu trên thì không thể dựa vào sức người được Vai trò chính yếu của băng tải trong các ngành công nghiệp nặng là thay thế sức lực con người, giúp con người vận chuyển hàng hóa, nguyên, vật liệu với số lượng lớn, kích thước nặng trong mọi 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 cấp liệu , 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: Thường được làm bằng nhôm định hình, thép sơn tĩnh điện hoặc Inox Mặt băng tải bằng belt hoặc con lăn: Thường là dây băng PVC dầy 2mm và 3mm hoặc dây băng PU dầy 1.5mm Bộ điều khiển băng tải: PLC, Biến tần, Speed controller, Cảm biến, Rơ- le, Contactor… Con lăn kéo/con lăn chủ động bằng thép mạ kẽm hoặc nhôm có Ø50, Ø60, Ø76, Ø89, Ø102 … Con lăn đỡ/con lăn bị động bằng thép mạ kẽm hoặc inox có Ø25, Ø32, Ø38 Băng tải truyền động xích hoặc đai Động cơ giảm tốc công xuất 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 tải cấp 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 khiển trung tâm (khởi động từ xa) Sơ đồ điều khiển các động cơ điện của băng tải được bố trí thích hợp, để tiến hành khởi động các băng tải từ bảng điềukhiển trung tâm Để điều khiển tự động từ bảng điều khiển bằng các khóa điều khiển phải 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 động của băng tải, việc thực hiện chế độ này bằng cách ấn nút khởi động và nút dừng tại hộp điều khiển, công việc do công nhân vận hành băng tải trực tiếp thực hiện Khi vận hành băng tải ở vị trí tại chỗ các khóa điều khiển ở bảng điều khiển trung tâm phải được đưa về vị trí điều khiển tại chỗ Trường hợp này các liên động và bảo vệ công nghệ không tác động Khi băng tải vận hành tại chỗ, người công nhận vận hành phải ấn nút phát tín hiệu âm thanh báo trước sau đó mới được ấn nút chạy động cơ điện của băng tải 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 truyền động 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 Chương 2 Thiết kế hệ thống động lực - Sơ đồ mạch động lực - Nguyên lý hoạt động - Bảng thiết bị động lực - Vẽ sơ đồ đấu dây và thiết kế tủ điện Phần I Sơ đồ mạch động lực 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 các lĩnh vực của đời sống , đặc biệt là trong ngành công nghiệp Nó giữ vai trò thiết yếu trong hầu hết tất cả các khâu , các công đoạn cũng là mắt xích không thể thiếu trong các hệ thống công nghiệp nhà máy 2 Giới thiệu về PLC-S7-1200 Giới thiệu chung : Bộ điều khiển logic khi trình (PLC-Programille logic controler) S7-1200 là thiết bị điều khiển logic lập trình đang của hãng Siemens (CHLB Đức) mang lại tính linh hoạt và sắ mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng, hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sát kết hợp giữa thiết kế thu gọn cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo 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 mạch ngô 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 logic được yêu cầu để giảm mất và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giảm tải các ngõ vào và làm thay đối nhỏ ra theo loại của chương trình người dùng có thể bao gồm các hoạt động như loại Bolean, Vila đầu đinh thời, các phép 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 vòng quét Mỗi vùng nuôi được bắt đầu bằng giai đoạn đọc dữ liệu từ các vùng bộ đếm ảo, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Vòng quét được kết 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 việc trực tiếp với công vào ra mà chỉ thông qua bộ đếm ảo của cổng trong vùng nhớ tham 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 Chương trình 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 tiếp với một mạng PROFINET Ngoài và có thể mở rộng các module truyền thông dành cho việc giao tiếp nhà mạng RS232 hay RS485 Chương trình có cấu trúc : Chương trình được chia thành những phần nhỏ và mỗi phần thực hiện một nhiệm vụ riêng biệt, từng phần nằm trong những khối riêng 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 các chương trình con và chương ngắt Chương trình con được viết trong khỏi chương trình con và được gọi trong chương trình chính khi có lệnh gọi Chương