LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay trước những sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật việc áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sản xuất đang được phát triển rộng rãi về mặt quy mô lẫn chất lượng. Trong đó ngành tự động hóa chiếm một vai trò rất quan trọng không những giảm nhẹ sức lao dộng cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, chính vì thế ngành tự dộng hóa ngày càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Chiếm một vai trò rất quan trọng trong ngành tự động hóa đó là kỹ thuật điều khiển logic lập trình viết tắt là PLC. Nó đã và đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng chiếm một vị trí rất quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Không những thay thế được cho kỹ thuật điều khiển cơ cấu bằng cam và hoặc kỹ thuật rơ le trước kia mà còn chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác. Từ những lý do trên và được sự định hướng của thầy giáo và sự nỗ lực của bản thân, em đã hoàn thành đề tài môn học “Hệ thống cắt tôn tự động”. Đề tài gồm 3 chương : CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống cắt tôn tự động CHƯƠNG 2: Tổng quan về PLC S7-1200 CHƯƠNG 3: Thiết kế hệ thống cắt tôn tự động CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THÔNG CẮT TÔN TỰ ĐỘNG 1.1 Đặt vấn đề Công nghệ và thiết bị cán, cắt tôn hiện nay rất đa dạng và phong phú. Phần lớn các nhà máy hiện đại trên thế giới đều được tự động hoá ở một mức độ rất cao, cho sản lượng và chất lượng rất tốt. Về công nghệ cán, cắt tôn ngày nay chủ yếu tập trung vào những vấn đề như tăng tốc độ cán và cắt sử dụng giàn cán nhiều tầng, bên cạnh đó là hỗ trợ đắc lực của cácthiết bị phụ như: các thiết bị thay trục cán nhanh, áp dụng điều khiển tự động, điều khiển toàn dải cán ngay trong quá trình cán. Về công nghệ cán và cắt tôn các nhà máy được tự động hoá hầu như 100% và sản xuất đồng thời nhiều kích thước về chiều dài, chiều rộng lẫn chiều dày theo một chương trình định sẵn qua máy tính. Điều này cho phép đáp ứng một cách linh hoạt các đơn hàng đa kích thước của khách hàng. Tình hình trong nước Hiện nay các đất nước ta chưa nhà máy nào sản xuất được tôn tấm, các tấm tôn được nhập khẩu từ các nước như: Úc, Nhật, Đài Loan, Hàn Quốc, Mĩ …Và đã có sẵn lớp bảo vệ oxi hóa gọi là tôn mạ màu, tôn mã kẽm, tôn lạnh. Tôn phẳng được sản xuất từng cuộn là chủ yếu, với khối lượng mỗi cuộn khoảng 5 tấn, chiều dày và chiều rộng nhất định. Công nghệ cán và cắt ở nước ta cũng phong phú và đa dạng. Các nhà máy trang bị những dây chuyền cán cắt tương đối hiện đại, có thể tạo ra nhiều chủng loại tôn khác nhau như: sóng vuông, sóng ngói, và cán cắt theo yêu cầu của người sử dụng. Dây chuyền của các nhà máy hiện nay gần như 100% là được trang bị hệ thống cán, cắt tự động, có thể điều chỉnh được số lần cắt và chiều dài theo yêu cầu. Nhưng hiện nay rất ít nhà máy được trang bị hệ thống dây chuyền máy cán, cắt tôn tự động nhiều tầng. Đây là một hệ thống dây chuyền mới, trên máy này được trang bị nhiều kiểu cán hình tôn khác nhau. Do đó sẽ đem lại nhiều lựa chọn cho quá trình sản xuất, đồng thời có thể tiết kiệm không gian nhà xưởng và công nhân điều khiển. Đây sẽ là một hướng đi, hướng lựa chọn và phát triển của nhiều công ty và doanh nghiêp. 1.2 Giới thiệu các băng tải và cảm biến 1.2.1 Các băng chuyền cắt tôn ngày ngay 1.2.1.1 Các loại băng tải sử dụng hiện nay Giới thiệu chung Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu. Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc 1 số sản phẩm khác. Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được. Đặc điểm của băng tải - Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng. - Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm. 1.2.1.2 Cấu tạo chung của băng tải 1 2 Hình 1.1 Cấu tạo chung băng chuyền 1. Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật. 2. Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo. 3. Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo. 4. Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ...) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc. Các loại băng tải trên thị trường hiện nay Bảng 1.1: Danh sách các loại băng tải Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp. Băng tải lá 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp Băng tải thanh đẩy 50 ÷ 250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách >50m. Băng tải con lăn 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các nguyên công với khoảng cách 50m.
Băng tải con lăn 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các nguyên công với khoảng cách
Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận chuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt.
Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn năng suất của băng tải loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN.
Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo :
+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm.
+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động.
Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng.
1.2.2 Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK
Lâu nay, chúng ta đã quen với việc sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện vật cản, tuy nhiên điểm yếu của nó là dễ bị nhiễu Để khắc phục điểm yếu trên, đồ án đã sử dụng một phương pháp phát hiện vật cản khác Đó chính là sử dụng hồng ngoại, mà cụ thể hơn là sử dụng cảm biến E18-D80NK thường ứng dụng cho các đặc tính Robot tránh vật cản, trên các dây chuyền phát hiện sản phẩm, các bộ reminder đa chức năng v.v
Cảm biến vật cản hồng ngoại E18-D80NK dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách hoạt động thông qua biến trở ở phần cuối thân cảm biến.
Thông số kỹ thuật Điện áp hoạt động: 5VDC
Khoảng cách hoạt động tối đa: ~80cm
Dòng kích ngõ ra: 300mA
Thời gian hồi đáp: ~2ms
Nhiệt độ môi trường làm việc: -25oC~50oC
Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.
Chất liệu vỏ cảm biến: Nhựa
Hiển thị ngõ ra bằng Led
E18-D80NK có cách nối dây tương đối đơn giản:
Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC
Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC
Màu đen: tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN, cần trở treo để tạo mức cao
Hình 1.3 Sơ đồ chân của E18-D80NK
Hình 1.4 Công tắc hành trình
Công tắc hành trình hay còn gọi công tắc giới hạn hành trình là dạng công tắc dùng để giới hạn hành trình của các bộ phận chuyển động Nó có cấu tạo như công tắc điện bình thường nhưng có thêm cần tác động để cho các bộ phận chuyển động tác động vào làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm bên trong nó
Ưu điểm của công tắc hành trình.
Có thể sử dụng hầu hết trong các ứng dụng công nghiệp
Đáp ứng tốt các điều kiện cần đến độ chính xác và có tính lặp lại
Tiêu thụ ít năng lượng điện
Có thể điều khiển nhiều tải
Nhược điểm của công tắc hành trình
Hạn chế đối với những thiết bị có tốc độ chuyển động tương đối thấp
Phải tiếp xúc trực tiếp với thiết bị
Do phải tiếp xúc nên làm các bộ phận cơ khí bị mòn
Ứng dụng của công tắc hành trình
Chúng ta có thể bắt gặp các công tắc hành trình trong ứng dụng công nghiệp cần sự an toàn hoặc phát hiện.
Phát hiện sự tiếp xúc của đối tượng
Phát hiện phạm vi di chuyển
Phát hiện vị trí và giới hạn chuyển động
Ngắt mạch khi gặp sự cố
TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200
Giới thiệu chung về PLC S7-1200
Dòng sản phẩm PLC đầu tiên của Siemens là PLC S7-200 Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính năng linh hoạt và sức mạnh điều khiển nhiều thiết bị đa dạng Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ khiến cho PLC S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng nhỏ.
Module CPU của PLC S7-1200 tích hợp bộ vi xử lý, bộ nguồn, ngõ vào/ra, cổng mạng PROFINET, các bộ đếm tốc độ cao (HSC), các ngõ vào tương tự tạo nên một bộ điều khiển có tính năng mạnh mẽ.
Module CPU cung cấp một cổng PROFINET dành cho việc trao đổi thông tin qua mạng PROFINET Một số các module truyền thông mở rộng khác cho phép ghép nối và truyền thông PLC S7-1200 qua mạng PROFIBUS, GPRS, RS485, RS232, IEC, DNP3 và WDC.
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens.
Có nhiều cách phân loại PLC S7-1200.
- Theo bộ vi xử lý, PLC S7-1200 được phân chia thành 5 dòng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU1214C, CPU 1215C, CPU 1217C.
- Theo nguồn nuôi cung cấp cho CPU, ngõ vào và ngõ ra tích hợp trên CPU:
Loại AC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là xoay chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ ra xoay chiều hoặc 1 chiều.
Loại DC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là một chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ ra xoay chiều hoặc 1 chiều.
Loại DC/DC/DC: nguồn nuôi cấp cho CPU, ngõ vào, ngõ ra đều là 1 chiều.
2.1.2 Ưu điểm và ứng dụng
Giảm đến 80% số lượng dây nối
Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp
Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng.
Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi không có các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phần cứng.
Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển.
Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình.
Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài ms, điều này làm tăng tốc độ và năng suất PLC.
Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống.
Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học.
Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.
Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương trình phức tạp.Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, kết nối mạng Internet, các Modul mở rộng.
Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ.
Giá bán cạnh tranh. Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể lập trình được, chỉ số IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động.
Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp như:
– Hệ thống nâng vận chuyển.
– Các robot lắp giáp sản phẩm
– Dây chuyền xử lý hoá học.
– Công nghệ sản xuất giấy
– Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
– Công nghệ chế biến thực phẩm.
– Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.
– Dây chuyền lắp giáp Tivi.
– Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
– Quản lý tự động bãi đậu xe.
– Dây chuyền may công nghiệp.
– Dây chuyền sản xuất xe ôtô.
– Kiểm tra quá trình sản xuất
PLC S7-1200 CPU 1211C AC/DC/RLY
1 Bộ phận kết nối nguồn
2 Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che) Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên
3 Các LED trạng thái dành cho I/Otích hợp
4 Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)
Một bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng thêm vào I/O cho CPU Người dùng có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước của CPU
SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC) SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự.
1 Các LED trạng thái trên SB
2 Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
1 Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu
2 Bộ phận kết nối đường dẫn
3 Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra
Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.
CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông
Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một
1 Các LED trạng thái dành cho module truyền thông
2 Bộ phận kết nối truyền thông
THIẾT KẾ HỆ THỐNG CẮT TÔN TỰ ĐỘNG
Sơ đồ đấu nối của hệ thống
Hình 3.1 : Sơ đồ đấu nối phần cứng
Yêu cầu đề bài
Nhấn nút Start băng tải hoạt động → Encoder quay để đo chiều dài miếng tôn Biết encoder có 600 xung/ vòng Cứ encoder quay 1 vòng thì sẽ đo được chiều dài miếng tôn là 100mm Khi encoder đo được chiều dài miếng tôn 500mm thì sẽ cho dừng băng tải Dao cắt đi xuống để cắt tôn xuống Gặp công tắc hành trình dưới sẽ cho dao cắt dừng 2 giây Dao cắt đi lên gặp công tắc hành trình trên.Dao cắt dừng, băng tải hoạt động trở lại để encoder tiếp tục đo chiều dài sản phẩm tôn tiếp theo Chu trình cứ thế lặp lại.
Biến đâu vào/ra của hệ thống
Hình 3.2 : Các biến vào/ra của hệ thống
Các bước cấu hình phần cứng
- Vào cấu hình cho HSC1
- Khai báo ngõ vào inpust fileter =0.1 microsse
- Chế độ đếm 2 pha A/B có trong mục function
- Cài đặt mục event configlution
- Cài đặt muc Hardware inputs
- Cài đặt thuộc tính cho mục function
Lưu đồ thuật toán của hệ thống
Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán toàn hệ thống
