Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự do – Hạnh phúcBÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Nhóm sinh viên:Phạm Lê Tuấn Hùng
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINHKHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
-⸙∆⸙ -ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNHĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Nhóm sinh viên:
Phạm Lê Tuấn Hùng 19151129 Trần Đoàn Tuấn Minh 19151008
Tên đề tài: Điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm và lưu kho tự động
Nhận xét của giáo viên:
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn sự nhiệt tình hướng dẫn của thầy Nguyễn Tấn Đời và các thầy cô trong khoa Chất lượng cao trường Đại học Sư phạm Kĩ Thuật TP.HCM đã giúp em hoàn thành đồ án lần này.
3
Trang 4TÓM TẮT
Ngày nay, các thiết bị đa năng đã trở nên phổ biến trong cuộc sống Với sự kết hợp mạnh mẽ của Cơ khí – Điện tử – Tin học trong thời gian gần đây, các thiết bị ngày càng thông minh, linh hoạt và hữu ích trong cuộc sống của chúng ta Với xu thế đó, tự động hóa là một chuyên ngành phát triển rất mạnh trên thế giới cũng như ở Việt Nam Là sinh viên ngành tự động hóa, trải qua những năm học ở trường, chúng em đã có những kiến thức tổng quát, có thể kết hợp những lĩnh vực được học để thiết kế các hệ thống với tính năng hiện đại, hoạt động bền vững với độ tin cậy cao.
Với đề tài đã chọn là “ Điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm và lưu kho tự động ” Nội dung tìm hiểu được chúng em viết trong sáu chương:
Chương 1: Mở đầu Chương 2: Cơ sở lí thuyết Chương 3: Thiết kế hệ thống Chương 4: Thiết kế hệ thống ảo Chương 5: Kết quả thực hiện Chương 6: Kết luận
Trong quá trình hoàn thành đồ án môn học, mặc dù đã cố gắng tìm hiểu, thiết kế, tính toán nhưng chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót, chúng em rất mong được sự góp ý của thầy để đồ án của chúng em được hoàn thiện hơn.
4
Trang 5MỤC LỤC
Chương 1: MỞ ĐẦU 7
1.1 Tổng quan về đề tài 7
1.1.1 Giới thiệu chung 7
1.1.2 Tình hình nghiên cứu các hệ thống liên quan 7
1.2 Mục tiêu đề tài 8
1.3 Giới hạn nội dung đề tài 8
Chương 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT 9
2.1 Giới thiệu chung về hệ thống 9
2.1.1 Vai trò của phân loại sản phẩm trong nhà máy 9
2.1.2 Vai trò hệ thống lưu kho trong nhà máy 9
2.2 Lí thuyết chung về PLC 10
2.2.1.Giới thiệu chung về PLC 10
2.2.2.Phát xung tốc độ cao trong PLC 11
2.2.3.Chuyển đổi tín hiệu xung Encoder sang Analog 12
3.3.2 Chọn thiết bị theo sơ đồ khối 18
3.3.3 Sơ đồ nối dây PLC 31
3.4 Thiết kế lưu đồ điều khiển 34
3.5 Thiết kế giao diện SCADA 35
Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ẢO 36
5
Trang 64.1 Giới thiệu phần mềm Factory I/O 36
4.1.1 Tổng Quan 36
4.1.2 Các đối tượng điều khiển 36
4.1.3 Ưu nhược điểm 37
4.2 Thiết kế hệ thống ảo 38
4.2.1 Các thành phần hệ thống 38
4.2.2 Bảng chuyển đổi thiết bị thực tế sang Factory IO 40
4.2.3 Giao tiếp trên Factory I/O và PLCSIM 42
Chương 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 44
5.1 Kết quả thiết kế hệ thống 44
5.2 Kết quả mô phỏng hoạt động hệ thống 44
5.3 Kết quả mô phỏng SCADA 44
5.4 Kết quả mô phỏng hệ thống ảo 44
Chương 6: KẾT LUẬN 45
6.1 Kết luận 45
6.2 Hướng phát triển đề tài 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO
6
Trang 7Chương 1: MỞ ĐẦU
1.1 Tổng quan về đề tài1.1.1 Giới thiệu chung
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kĩ thuật, kĩ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động hóa đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kĩ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát triển khoa học kĩ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kĩ thuật điều khiển tự động nói riêng.
Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu sản xuất tự động hóa đó là khâu phân loại sản phẩm sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens.
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu các đề tài và công trình trước đây, nhóm em quyết định chọn đề tài: Điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm và lưu kho tự “
động ” vì nó rất gần gũi với thực tế, nó thực sự có ý nghĩa đối với chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày càng phát triển hơn để xứng tầm với sự phát triển của thế giới.
1.1.2 Tình hình nghiên cứu các hệ thống liên quan đến đề tài
- Hệ thống đếm và phân loại sản phẩm theo cân nặng, màu sắc bằng PLC kết hợp
WinCC (Nguyễn Đình Phú, Phạm Thị Thanh Thảo, Phan Trần Hoài Vũ – Trường Đại học Sư Phạm Kĩ Thuật TP.HCM, 2019).
- Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc ứng dụng công nghệ xử lí ảnh (Hồ
Mậu Việt, Lê Hoàng Hiệp, Mạc Thị Phượng – Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên, 2021).
- Ứng dụng PLC điều khiển tự động băng chuyền đếm, phân loại sản phẩm theo
màu sắc (Thiều Quang Thịnh, Võ Khánh Thoại – Trường Cao đẳng Công Nghệ, 2015).
- Chế tạo mô hình phân loại sản phẩm theo chiều cao ( Nguyễn Hữu Dự – Đại học
Đà Nẵng, 2011).
7
Trang 81.2 Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu đặt ra là nghiên cứu, thiết kế Điều khiển giám sát hệ thống phân loại“
sản phẩm và lưu kho tự động ” hoạt động ổn định, thiết kế đơn giản, dễ dàng sử dụng
1.3 Giới hạn nội dung đề tài
Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài được nghiên cứu từ lâu và được sử dụng phổ biến trong các nhà máy Tuy nhiên trong phạm vi đồ án môn học nên đề tài chỉ dừng lại ở việc:
- Lập trình điều khiển hệ thống trên phần mềm Tia Portal V16.
- Vận hành hệ thống thông qua việc mô phỏng trên phần mềm Factory I/O.
Chương 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT
8
Trang 92.1 Giới thiệu chung về hệ thống
2.1.1 Vai trò của phân loại sản phẩm trong nhà máy
Hệ thống phân loại sản phẩm được sử dụng để thực hiện quá trình phân loại theo các tiêu chí được thiết lập trước đó và di chuyển sản phẩm đến các vị trí khác nhau đã được định nghĩa trong chương trình Những thay đổi trong tư thế vận hành của hệ thống diễn ra thường xuyên trong quá trình phân loại, có thể được hoàn thành với tốc độ nhanh chóng Nơi mà các sản phẩm được phân loại theo một hoặc một số tiêu chí như kích thước, chiều cao, trọng lượng, màu sắc…nhờ công nghệ vision tiên tiến với camera kiểm tra sản phẩm Hệ thống cho phép thực hiện các thay đổi tư thế vận hành ở tốc độ cao Hệ thống sẽ thay thế con người làm các công việc đơn điệu, nhàm chán lặp đi lặp lại, giúp tiết kiệm chi phí thuê nhân công Máy sẽ hoạt động liên tục nên không có thời gian chết có thể gắp các sản phẩm nhỏ mà con người khó hoặc mất nhiều thời gian để hoàn thành.
2.1.2 Vai trò hệ thống lưu kho trong nhà máy
Quản lý kho là công việc quan trọng mà một kho nào cũng cần phải có Họ sẽ làm các hoạt động lưu trữ, bảo quản, cập nhật tình hình hàng hóa có trong kho một cách chính xác và chi tiết nhất.
Hệ thống quản lý kho còn giúp cho việc lưu thông và đảm bảo cho các hoạt động sản xuất và cung ứng hàng hóa được diễn ra liên tục và ổn định.
Đối với một doanh nghiệp hay một cửa hàng bán lẻ, thì tình trạng tồn kho thì luôn luôn diễn ra Chính vì lẽ đó, việc kiểm soát tốt hàng tồn kho luôn là một vấn đề hết sức cần thiết và chủ yếu trong quản trị sản xuất tác nghiệp.
Giúp tiết kiệm chi phí lưu kho: chi phí này phụ thuộc vào số lượng và kích thước của hàng hóa lưu trữ, kiểm soát được số lượng tồn kho, giải phóng kịp thời sẽ tiết kiệm được chi phí lưu kho không cần thiết.
9
Trang 102.2 Lý thuyết chung về PLC 2.2.1 Giới thiệu chung về PLC
PLC – Programmable Logic Controller, được biết đến như một thiết bị điều khiển lập trình Nó cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua ngôn ngữ lập trình Đây là một chương trình thực hiện quay vòng, theo chu kỳ khép kín Người sử dụng có thể lập trình các chương trình từ đơn giản đến phức tạp.
Ngôn ngữ lập trình phổ biến là LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram - Khối chức năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình PLC đang được ưa chuộng nhất.
PLC là thiết bị điều khiển có cấu trúc máy tính bao gồm bộ xử lý trung tâm CPU, Bộ nhớ ROM, Bộ nhớ RAM, dùng để nhớ chương trình ứng dụng, và các cổng Vào/ Ra - INPUT/ OUTPUT.
Cùng với sự phát triển của phần cứng lẫn phần mềm, PLC ngày càng tăng được những tính năng cũng như lợi ích của PLC trong hoạt động công nghiệp - Kích thước của PLC hiện nay được thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lượng IO càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp người sử dụng giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống.
- Người sử dụng có thể nhận biết các trục trặc hệ thống của PLC nhờ giao diện qua màn hình máy tính, một số PLC thế hệ sau có khả năng nhận biết các hỏng hóc troubleshooting của hệ thống và báo cho người sử dụng, điều này giúp cho việc sửa chữa thuận tiện hơn.
10
Trang 112.2.2 Phát xung tốc độ cao trong PLC
Hiện nay các bộ PLC thường có hai loại ngõ ra là relay và transistor Đối với ngõ ra relay là dạng ngõ ra đóng cắt bằng tiếp điểm cơ khí nên tần số đóng cắt rất thấp chỉ khoảng dưới 1Hz, còn đối với dạng ngõ ra transistor thì tần số đóng cắt cao hơn có thể lên tới hàng trăm Khz.
Tuy nhiên để phát được xung từ 10Khz trở lên thì plc phải được thiết kế sử dạng các transistor có tần số đóng cắt cao thì mới đáp ứng được và giá thành của transistor này tương đối cao nên dẫn tới việc plc chỉ thường được tích hợp giới hạn số chân có khả năng phát xung tốc độ cao này.
Để biết xem dòng plc đang sử dụng tích hợp bao nhiêu chân phát xung và tốc độ phát xung tối đa là bao nhiêu thì cần tham khảo trong catalogue hoặc manual của nhà sản xuất Các dòng plc cơ bản phổ biến hiện nay đa số thường tích hợp thừ 2-4 chân phát xung tốc độ cao với tốc độ từ 10Khz đến 100Khz.
Mỗi loại plc thường có cách cài đặt và lập trình bộ phát xung tốc độ cao khác nhau tùy vào tập lệnh, tuy nhiên đều hoạt động dựa trên nguyên lý sau đây Đầu tiên là xác định chân phát xung, thường lại những chân đầu tiên trong ngõ ra của plc, tiếp theo là cài đặt tần số phát xung, và số xung cần phát.
11
Trang 12Có một số plc có khả năng phát xung liên tục hoặc có thể cài đặt độ rộng của xung nên đối với mỗi ứng dụng khác nhau bạn có thể linh hoạt sử dụng các tính năng này.
Ứng dụng phổ biến của bộ phát xung tốc độ cao là dùng để điều khiển động cơ bước hay động cơ DC.
2.2.3 Chuyển đổi tín hiệu xung Encoder sang Analog
Encoder hay còn gọi là bộ mã hóa quay hoặc bộ mã hóa trục, là một thiết bị cơ điện chuyển đổi vị trí góc hoặc chuyển động của trục hoặc trục thành tín hiệu đầu ra analog hoặc kỹ thuật số Encoder được dùng để phát hiện vị trí, hướng di chuyển, tốc độ… của động cơ bằng cách đếm số vòng quay được của trục Bộ chuyển đổi xung sang tín hiệu Analog được sử dụng để biến đổi tín hiệu xung sang tín hiệu analog Nó được ứng dụng với Encoder đưa tín hiệu xung về tín hiệu 4-20mA để sử dụng cho các bộ điều khiển không đọc được tín hiệu xung.
2.2.4 Xử lý ngõ ra Analog trong PLC
Tín hiê †u Analog hay tín hiệu tương tự là dạng tín hiê †u liên tục được biển diễn qua mô †t đường hình Sin hoă †c Cos, hay thâ †m chí là dạng đường cong lên xuống bất kỳ Thông thường tín hiê †u này hay được nhắc đến tín hiê †u Analog 4-20mA hoă †c 0-10V.
Loại tín hiê †u này hay nhìn thấy ở tín hiê †u Radio, thiết bị âm thanh sống, bô † Ampli, tín hiê †u Tivi…Trong công nghiê †p thì được biết đến với loại cảm biến áp suất, cảm biến nhiê †t đô †, bô † chuyển đổi tín hiê †u…
Để đọc, ghi được các tín hiệu tương tự này, PLC có các Module Analog đầu vào (Analog Input) và Analog đầu ra (Analog Output)
Xử lý tín hiệu Analog đầu vào trong PLC
Đo một đại lượng thực tế cần đo đếm (nhiệt độ, áp suất, mức,…) bằng thiết bị đo tương ứng Thiết bị đo này chuyển giá trị đại lượng đo thành tín hiệu đầu ra dạng tương tự Tín hiệu tương tự này được đưa vào module Analog input của PLC để biến đổi thành giá trị số Tuy nhiên người lập trình không thể sử dụng giá trị số này mà phải quy đổi tín hiệu số này về khung giá trị của đại lượng cần đo Từ đó mang giá trị này đi xử lý trong logic điều khiển (so sánh, tính toán,…)
Xử lý tín hiệu Analog đầu ra trong PLC
12
Trang 13Đại lượng cần điều khiển (tần số động cơ, độ mở van tuyến tính,…) được điều khiển bằng thiết bị điều khiển trực tiếp (biến tần, mạch điều khiển van) Thiết bị điều khiển này nhận tín hiệu tương tự xuất ra từ PLC (từ module Analog Output) Tuy nhiên module này chỉ hiểu được các giá trị số, không thể nhập trực tiếp giá trị 50 Hz hay 10V vào được Người lập trình sẽ phải quy đổi giá trị đặt tương ứng thành giá trị số theo dải biến đổi của Module).
Để đọc và xuất analog trong S7-1200 ta sử dung hàm NORM_X và hàm SCALE_X.
- Hàm NORM_X: Bạn có thể sử dụng hàm NORM_X (Normalize) để bình thường các giá trị của biến đầu vào bằng việc ánh xạ nó vào một hàm scale tuyến tính Bạn có thể sử dụng thông số MIN và MAX để sác định giới hạn của dãy giá trị được quy định trong hàm scale Kết quả ở đầu ra OUT được tính toán và lưu với dạng số chấm động (floating-point).
Hàm NORM_X được làm việc theo biểu thức sau:
OUT = (VALUE – MIN) / (MAX – MIN) Thông số của hàm NORM_X:
13
Trang 14Hàm SCALE_X
Bạn có thể sử dụng hàm SCALE_X để scale giá trị input bằng việc ánh xạ nó vào một dãi giá trị xác định Khi hàm SCALE được thực thi, giá trị chấm động ( floating-point) tại đầu vào input được ca lip tới dãi giá trị được định nghĩa bằng thông số MIN va MAX Kết quả của ca lip là một số thực (integer), được lưu ở ngõ ra OUT.
Hàm SCALE_X được làm việc theo biểu thức sau:
OUT = [VALUE (MAX – MIN)] + MIN ∗ Thông số của hàm SCALE_X:
14
Trang 23+ Kiểu tương tự: 2 ngõ ra
+ Kích thước ảnh tiến trình: 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Khối băng tải
Băng tải cao su
Băng tải cao su
23
Trang 24Băng tải con lăn
Băng tải con lăn
Thông số kĩ thuật:
+ Chiều dài: 1000-20000mm
24
Trang 25+ Chiều rộng: 190-2500mm + Chiều cao: 400-1200mm + Tốc độ: 0-20m/phút
+ Đường kính con lăn: 34-219mm + Độ dày con lăn: 1.5-10mm
+ Khoảng cách giữa 2 con lăn: 80, 120, 150 hoặc 180mm
Khối đẩy sản phẩm Xy lanh khí nén
Cấu tạo: Xy lanh khí nén 2 chiều hay còn gọi là xi lanh khí nén tác động kép Đây là loại xy lanh khí nén có cơ cấu dẫn động ở cả 2 đầu Xy lanh khí nén 2 chiều sử dụng lực đẩy của khí nén để tác động đẩy ra và rút lại Lực đẩy piston được sinh ra từ cả 2 phía, bởi vậy cấu tạo của xy lanh khí nén 2 chiều có 2 lỗ để cung cấp khí nén.
Nguyên lí hoạt động: Xy lanh khí nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác dụng làm piston của xy lanh chuyển động, thông qua đó truyền động đến thiết bị hoạt động Bởi vì khí nén có khả năng nở rộng, không có sự xuất hiện của năng lượng đầu vào từ bên ngoài Để thực hiện chức năng của mình, khí nén dãn nở ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, áp lực được tạo ra đẩy piston chuyển động theo hướng mong muốn.
25
Trang 26Sơ đồ đấu dây PLC với xy lanh khí nén
Van khí nén 5/2 là một loại van đảo chiều được dùng để điều khiển xi lanh có tác dụng kép và động cơ Loại van này có thể điều khiển bằng cơ khí hoặc bằng khí nén hay điện từ 2 phía Đồng thời loại van này có 5 cửa và 2 vị trí.
Sơ đồ đấu dây PLC với van khí nén
Nguyên lí hoạt động: Trên thân van có thiết kế 5 cửa van, trong đó có 3 cửa dẫn khí và 2 cửa xả khí Khí nén khi được cấp vào van điện từ sẽ vào từ cửa P của
26