Đề tài thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng plc siemens s7 1200

Nút nhấn, đèn báoNút nhấn còn được gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện điều khiển bằng tay, dùng để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng cắt bằng điện tử, điện xoay chiều, điệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO ĐỒ ÁN Môn học: Đồ Án Điều Khiển Lập Trình

-⸙∆⸙ -Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂNLOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG SỬ DỤNG

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

Đề tài này là do chúng tôi thực hiện dựa vào một số tài liệu và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó Nếu có sao chép chúng tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm

DANH MỤC HÌNH ẢNH

DANH MỤC BẢNG BIỂU

TÓM TẮT

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay đa phần các xí nghiệp điều đã thực hiện các dây chuyền sản xuất tự động hóa , không còn sử dụng đến lao động tay chân nhiều nữa Các mô hình tự động hóa ngày càng hoàn thiện và sử dụng rộng rãi Với mục tiêu tiết kiệm được thời gian và nguồn lao động tay chân, tính kinh tế lâu dài Thành phần chính cũng như bộ não của các mô hình dây chuyền đó PLC (Program Logic Controller) – Các dòng PLC ngày càng được cải thiện và đạt được hiểu quả Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm chúng em đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình “phân loại sản phẩm theo khối lượng”.

2.1 Mục tiêu đề tài

Thiết kế và thi công một mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng cảm biến Loadcell để cân khối lượng và PLC S7 – 1200.

3.1 Giới hạn đề tài

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ

2.1 Các thiết bị cần sử dụng trong hệ thống

2.1.1 Nút nhấn, đèn báo

Nút nhấn còn được gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện điều khiển bằng tay, dùng để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng cắt bằng điện tử, điện xoay chiều, điện một chiều hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển …

Nút nhấn thường dùng để khởi động và dừng bằng cách đóng cắt cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động từ.

Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thường đóng và vỏ bảo vệ, khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái và khi không còn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.

Đèn báo có chức năng thông báo khi gặp sự cố hoặc thông báo trong quá trình hoạt động của các dây chuyền sản xuất Ngoài ra báo tín hiệu ON, OFF của nguồn thiết bị.

2.1.2.Cảm biến quang và cảm biến khối lượng 2.1.2.1 Cảm biến quang

Trong mô hình chúng em lựa chọn cảm biến quang loại 3 dây để phát hiện vật thể vì những ưu điểm sau:

- Phát hiện vật thể nhưng không cần tiếp xúc với vật thể đó - Phát hiện được từ khoảng cách xa

- Ít bị hao mòn, có tuổi thọ và độ chính xác, tính ổn định cao - Phát hiện nhiều vật thể khác nhau

- Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng

Cảm biến quang ứng dụng gồm hai loại chính là cảm biến quang thu phát và cảm biến quang gương phản xạ

- Cảm biến quang thu phát được cấu tạo gồm một led hồng ngoại thu và một led hồng ngoại phát Khi có vật thể tác động vào vùng phát tia sẽ làm phản xạ lại ánh sáng tác động vào led thu Lúc này led thu sẽ tác động vào transistor cho tín hiệu ra - Cảm biến quang gương phản xạ cũng gồm led hồng ngoại thu và phát như cảm biến quang thu phát nhưng hoạt động thì ngược lại Khi có vật thể tác động vào vùng phát sẽ làm chắn ánh sáng từ led hồng ngoại phát không cho đi qua gương phía đối diện để đến led hồng ngoại thu, thường dùng cho những vật có màu tối có tính chất hấp thụ ánh sáng nhiều.

Ngày nay, hầu hết cảm biến đều có đặc điểm đầu ra transistor có logic NPN hoặc PNP Nhưng loại này còn được gọi là kiểu DC – 3 dây.

Cảm biến được chia theo chế độ hoạt động thường mở (NO) và thường đóng (NC) mô tả tình trạng có tín hiệu đầu ra của cảm biến sau khi có hoặc không phát hiện được vật

- Với đầu ra transistor có logic NPN:

Thường mở: Tín hiệu điện áp thấp khi phát hiện ra vật Tín hiệu điện áp cao khi không có vật.

Thường đóng: Tín hiệu điện áp thấp khi không có vật Tín hiệu điện áp cao khi phát hiện ra vật.

- Với đầu ra transistor có logic PNP:

Thường mở: Tín hiệu điện áp cao khi phát hiện ra vật Tín hiệu điện áp thấp khi không có vật.

Thường đóng: Tín hiệu điện áp cao khi không có vật Tín hiệu điện áp thấp khi phát hiện ra vật.

Trong mô hình của nhóm chúng em, chúng em lựa chon cảm biến quang thu phát là thích hợp nhất với đầu ra transistor có logic NPN.

2.1.2.2 Cảm biến khối lượng loadcell

Cảm biến khối lượng loadcell là cảm biến có thể chuyển đổi một lực, trọng lượng thành một tín hiệu điện Giá trị tác dụng tỉ lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ Loadcell điện trở làm việc dựa vào nguyên lý áp lực – trở kháng Khi một tải trọng, một lực tác động lên cảm biến sẽ làm trở kháng thay đổi Sự thay đổi trở kháng này dẫn đến dự thay đổi điện áp đầu ra khi điện áp đầu vào được cấp.

Cảm biến loadcell được ứng dụng rộng rãi trong đời sống như: đo khối lượng của vật, phân phối đều trọng lượng sản phẩm trong các dây truyền tự động hóa, đo trọng lượng xe tải…

Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần là: Strain gage và Load Một loadcell thường bao gồm các strain gage được dán vào bề mặt của thân loadcell Thân loadcell là một khối kim loại đàn hồi và tùy theo từng loại loadcell và mục đích sử dụng loadcell, thân loadcell được thiết kế nhiều hình dạng khác nhau, chế tạo bằng nhiều vật liệu khác nhau (nhôm hợp kim, thép không gỉ…)

- Strain gage là một điện trở đặc biệt, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn ổn định.

- Load là một thanh kim loại có tính đàn hồi.

Trong mô hình nhóm chúng em phân loại sản phẩm với khối lương nhỏ, nên nhóm chúng em lựa chọn loadcell 5kg là phù hợp nhất Với tải trọng 5kg và điện áp hoạt động là 5V.

2.1.3.Khối nguồn

Bộ nguồn một chiều 24 VDC được dùng để cấp nguồn hoạt động cho các khối tín hiệu vào và ra, khối xử lý trung tâm PLC, khối cơ cấu chấp hành

Hiện nay trong công nghiệp có rất nhiều ứng dụng dùng điện áp một chiều do những ưu điểm vượt trội Điện áp một chiều được sử dụng trong các máy vận chuyển, trong giao thông đường sắt, ô tô điện…

Tuy nhiên việc dùng động cơ điện một chiều có một số hạn chế là dòng điện một chiều không sử dụng rộng rãi, chế tạo phức tạp, cồng kềnh Do đó để có được dòng điện một chiều ta phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều được sử dụng rộng rãi nhờ “nguồn ổn áp một chiều”.

Nguồn ổn áp một chiều là biến đổi dòng điện xoay chiều tần số 50Hz thành dòng điện một chiều có điện áp tuỳ ý dựa vào yêu cầu của phụ tải Điện áp đầu ra có thể giữ cố định trong một khoảng điện áp nào đó nhờ vào tín hiệu xung điều khiển tranzitor Mạch ổn áp gồm bốn thành phần chính:

- Biến áp: Biến đổi điệp áp lưới từ 220V tần số 50Hz thành điện áp thấp (12V, 24V…) phù hợp với đầu vào của bộ chỉnh lưu bán dẫn.

- Chỉnh lưu: Là bộ biến đổi điện áp xoay chiều ở đầu vào thành điện áp một chiều ở đẩu ra ở độ nhấp nhô phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu.

- Bộ lọc: Là bộ lọc bớt thành phần sóng hài bậc cao của điện áp chỉnh lưu nhằm san phẳng điện áp chỉnh lưu.

- Mạch ổn áp: Là mạch để duy trì điện áp ở một khoảng nhất định khi phụ tải thay đổi đột ngột.

Yêu cầu của mô hình với đầu vào PLC và cảm biến sử dụng điện áp 24V – DC nên chúng em lựa chọn bộ nguồn AC – DC có đầu ra ở mức phù hợp để cấp cho thiết bị trong mô

2.1.4.Rơle trung gian

Rơle trung gian nhận tín hiệu từ PLC điều khiển động cơ và 3 xi lanh Thông số kỹ thuật của rơle trung gian như sau:

- Rơle trung gian loại cắm đế, kích thước 36x28x21.5mm - Có loại 2,3 hoặc 4 cặp tiếp điểm với dòng tải lên tới 10A - Có model có đèn báo, có diode chống xung ngược - Tuổi thọ tiếp điểm lớn, số lần đóng cắt lớn

2.1.5.Bộ khuếch đại tín hiệu Loadcell (chưa pic loại nào)

2.1.6.Băng tải

Một hệ thống đang được sử dụng nhiều trong các nhà máy cơ sở sản xuất tiết kiệm sức lao động, nhân công, thời gian và tăng hiệu quả rỏ rệt đó chính là băng tải.

Hiểu một cách đơn giản nhất thì có thể hiểu băng tải là một cơ chế hoặc máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp…) hoặc số lượng lớn vật liệu (đất, thực phẩm…) từ một điểm đến một điểm

Hệ thống băng tải là một trong những bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lắp ráp của các doanh nghiệp, nhà máy Góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoa học và giải phóng sức lao động mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Cấu tạo của băng tải:

- Một động cơ giảm tốc trục vít - Bộ con lăn, truyền lực chủ động - Hệ thống khung đỡ con lăn - Hệ thống dây băng hoặc con lăn

Từ cấu tạo và chức năng của băng tải được phân loại thành các loại chính: - Băng tải dạng thảm: lắp đặt dễ dàng.

- Băng tải xích: dùng để vận chuyển các vật liệu nặng

- Băng tải con lăn: gồm băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor.

- Băng tải đứng: vận chuyển hàng hoá ở những độ cao khác nhau.

Để đáp ứng được yêu cầu đề tài đưa ra nhóm chúng em lựa chọn băng tải thẳng dạng thảm.

Điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà không ảnh hưởng tới điện áp cung cấp Dễ dàng điều chỉnh tốc độ hơn động cơ xoay chiều.

Có thể dùng làm động cơ điện hay máy phát điện trong những điều kiện làm việc khác nhau.

Có momen khởi động và làm việc lớn ổn định khi tải thay đổi Chịu quá tải tốt moment khởi động lớn ổn định về tốc độ - Nhược điểm:

Khó khăn khi bảo trì bảo dưỡng.

Cấu tạo của động cơ điện một chiều phức tạp hơn.

Trong mô hình chúng em chọn động cơ điện một chiều kích từ độc lập bằng nam châm vĩnh cửu vì tính thuận lợi và công suất nhỏ dễ kiếm trên thị trường.

Với thông số:

- Điện áp cấp: 24V - Công suất đầu ra: 10rpm 2.1.8.Xy lanh khí nén

Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học Cơ cấu chấp hành có thể thực hiện chuyển động thẳng Hoạt động một cách chính xác, dễ thay đổi lực nên chọn để đẩy sản phẩm.

Công dụng có tác dụng điều khiển xy lanh đi ra và đi về.

Hoạt động của van như sau: Khi chưa cấp khí vào cửa điều khiển, dưới tác dụng của lực lò xo van hoạt động ở vị trí bên phải, lúc đó cửa số 1 thống với cửa số 2 và cửa 4 thông với cửa 5, cửa số 3 bị chặn Khi ta cấp khi vào cửa điều khiển 14 van 5/2 đảo trạng thái làm cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị chặn.

2.1.10 Van tiết lưu

Van tiết lưu được sử dụng với mục đích điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành Trong thực tế, thường có yêu cầu khác nhau về tốc độ đối với các hành trình của cơ cấu chấp hành nhằm đáp ứng về công nghệ và năng suất.

Vì vậy van tiết lưu hai chiều ít được sử dụng độc lập mà thường được sử dụng kèm theo với van một chiều hoặc được chế tạo tích hợp trong cùng một vỏ để có một tiết lưu một chiều.

2.2 Thiết bị điều khiển lập trình S7 – 1200 2.2.1.Đặc điểm PLC S7 – 1200

Thông số PLC S7 – 1200 (CPU 1214C DC/DC/DC) - Nguồn cấp: 20.4VDC – 28.8VDC - Digital input: 14 intputs (24VDC – 4mA) - Digital output: 10 outputs (20.4 – 28.8VDC) - Analog input: 2 inputs (0-10V)

- Khả năng mở rộng: 8 mudules ( digital hoặc 2.2.2.Giới thiệu các lệnh sử dụng để lập trình

2.2.3.Sơ đồ kết nối mạch điều khiển

CHƯƠNG III: THI CÔNG MÔ HÌNH PHẦN CỨNG 1 .Thiết kế mô hình phần cứng

2 .Thiết kế tủ điều khiển 3 .Hoàn thiện mô hình

4 .Cách vận hành và giám sát hệ thống

CHƯƠNG VI: ĐÁNH GIÁ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI

1 .Đánh giá kết quả đạt được 2 .Hướng phát triển trong tương lai