Đồ án Điều khiển tự Động 2 thiết kế cải tiến hệ thống Điều khiển giám sát

Đồ án ĐKTĐ2 Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Chương 1 - Mục tiêu và các yêu cầu cần đạt Mục tiêu: e Mô tả yêu cầu hệ thống cần thiết kế và những vấn đề cần đạt được.. Phân tích các yêu

DAI HOC LAC HONG KHOA CO DIEN - DIEN TU’

Bộ Môn: KỸ THUẠT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỌNG HÓA

Ps

ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỌNG 2

THIẾT KE - CAI TIEN

HE THONG DIEU KHIEN GIAM SAT

2020-2021

Chương 1 - Mục tiêu và các yêu cầu cần đạt 2

1.3 Phân tích yêu cầu mạch điện - điều khiển 2 1.4 Phân tích yêu cầu HMI 2 1.5 Phân tích yêu cầu giải thuật 3 1.ó Kế hoạch thực hiện Đồ án DKTD2 3 Chương 2 - Giải quyết vấn đề 5 2.1 Sơ đồ khối hệ thống và những yêu cầu cần đạt được 5

2.3 Thiết kế Điện - Điều khiển 5 2.4 Thiết kế giao diện HMI 5 2.5 Giải thuật và phương trình điều khiển 5 Chương 3 - Cải tiến hệ thống 6 3.1 Phân tích quy trình dang thực hiện và chỉ ra những tồn tại cần cải tiến 6 3.2 Quy trình công nghệ cải tiến và các tiêu chí kỹ thuật cần đạt được 6

3.4 Thiết kế Điện - Điều khiển ó 3.5 Thiết kế giao diện HMI 6 3.ó Giải thuật điều khiển ó Chương 4 - Kết quả và bàn luận 7 4.0 Bản vẽ cơ khí hệ thống (NX12tí 7 4.1 Bản vẽ điện - điều khiển 7 4.2 Chương trình điều khiển Siemens và giải thích 7 4.3 Cấu hình kết nối truyền thông PLC - HMI (step by steptí 7 4.4 Màn hình HMI (step by steptí 7 4.5, Cấu hình mô phỏng NX với PLCSIM Advance (step by steptí 7 4.6 Video quay quá trình lắp mạch điều khiển 8 4.7 Bảng so sánh thông số kỹ thuật của hệ thống so với thiết kế 8 4.8 Bảng so sánh thông số vận hành của hệ thống (mô phỏng/thực tếtí so với thiết kế 8 4.9 Nhận xét về những tồn tại về kỹ thuật/vận hành và đề xuất giải pháp 8 Chương 5 - Nhận xét và đề nghị cải tiến môn ọ

Trang 1

Đồ án ĐKTĐ2 Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Chương 1 - Mục tiêu và các yêu cầu cần đạt

Mục tiêu:

e Mô tả yêu cầu hệ thống cần thiết kế và những vấn đề cần đạt được

Xác định rõ điều kiện biên của van đề thực hiện

Phân tích các yêu cầu, đề xuất các vấn đề về thiết bị cần đạt được

Phân tích các yêu cầu, đề xuất các vấn đề về cơ khí cần đạt được

Phân tích các yêu cầu, đề xuất các vấn đề về Điện - Điều khiển cần đạt được

Phân tích các yêu cầu, đề xuất các vấn đề về HMI cần đạt được

1.1 Yêu cầu của dự án

Mục tiêu:

e Mô tả yêu cầu hệ thống cần thiết kế và những vấn đề cần đạt được

e Xác định rõ điều kiện biên của vẫn đề thực hiện

- Dựa vào các kiến thức mà chúng tôi đã tiếp cận, dự án xoay phôi tự động nhằm mục đích giúp tăng sản lượng sản phpm, tăng năng suất giảm nhân lực, áp dụng các khoa học kỹ thuật và dây chuyền công nghệ tự động vào sản xuất Từ đó doanh nghiệp tăng số lượng sản phpm, tiết kiệm được nhân công và đpy nhanh được tiến đỘ

- Ý tưởng được thực hiện giúp sinh viên hiểu sâu hơn về môn học và tầm quan trong của việc sử dụng các khoa học công nghệ vào đời sống con người Qua đó giúp sinh viên trau dồi thêm các kỹ năng cần thiết lập dự án, làm việc nhóm, lên kế hoạch cho một ý tưởng hoặc một đồ án lớn giúp cho sinh viên có nền tảng vững vàng về kiến

thức cũng như kinh nghiệm làm việc

1.2 Phân tích quy trình

Mục tiêu:

e_ Từ yêu cầu đặt ra, chỉ rõ những yêu cầu động lực cần đạt được (định lượngHí, đề nghị thiết bị - mã sản phẩm

số thuộc tính đối tượng (khối lượng, ma sát, kích thước, tí mô tả thuộc tính dự kiến của thiết bị tương tác e_ Phân tích các yêu cầu, đề xuất các vãn đề về thiết bị cần đạt được

Ví dụ:

œ A Xỉi lanh kẹp MHZ2- óD2

Khối lượng vật:m=0,4kg, Áp suất nguồn khí P=5bar=500000Pa,Gia tốc trọng trường g=9,81m/s^2,Hệ số ma sát giữa tay gắp nhôm với sản phpm:u=0,50 > cần tính F, F_ma sát,tổng lực cần để kẹp vật và đường kính

e B.Xi lanh xoay MSQB10A

Khối lượng tay kẹp +vật =0,4+0,3=0,7kg, Áp suất nguồn khí P=5bar,Vận tốc xỉ lanh v=0,5m/s, Vận tốc ban đầu u=Om/s^2, Gia tốc a=1m/s^2—> cần tính Lực xi lanh, Lực chuyển động trên pit tông đc tính theo công thức, đường kính xỉ lanh

e C.Xỉ lanh nâng CXSMóX15

Cụm xi lanh cần nâng 1 lực :vật+xI kẹp+xl xoay:0,4+0,3+0,ó=1,3kg, Áp suất làm việc 0.5Mpa = 5Bar = 500000 N/m2, 0-0.5m/s trong 0.5s, a = (v - vOtí/(t - tOtí = (O.5-Otí / 0.5s = 1m/s2—> cần tính Lực gia tốc Fa, Lực IN của xy lanh

F, đường kính

e® D.Xi lanh trượt MY1M

Khối lượng tay gắp =4A+3A+thanh truyền + vật=0,4+0,3+0,ó+1=2,3kg, Áp suất nguồn khí P=5bar=5OOOOOPa, Vật tốc xỉ lanh v=0,5m/s, Vật tốc ban đầu u=0m/s^2, Hành trình xi lanh s=500mm=0,5m, Gia tốc trọng trường g=9,Bm/s^2, a=4m/s^2—> cần tính gia tốc, Lực đpy xỉ lanh, Lực do gia tốc trọng trường gây nên, Tổng lực xi lanh cần đpy vật, Lực chuyển động trên pit tông , đường kính xỉ lanh

e E.Băngtải

Dự án gồm có 2 băng tải:

Trang 2

- Băng tải 1 (BT1tí có nhiệm vụ vận chuyển các phôi vào vị trí xác định để cơ cấu xoay nhận phôi và thực hiện xoay phôi

- Băng tải 2 (BT2tí có nhiệm vụ đưa phôi đến quy trình tiếp theo sau khi quá trình xoay phôi được hoàn thành

- Vì hai băng tải đều cùng tải một loại phôi nên có thể chọn cùng một loại động cơ băng tải

1.3 Phân tích yêu cầu mạch điện - điều khiển

Mục tiêu:

e _ Từ yêu cầu đặt ra, chỉ rõ những yêu cầu mạch điều khiển cần đạt được Lý luận về các thiết bị động lực và tả khiển bởi các kiểu nào (bao nhiêu ngõ ra, dạng điện áp, cách mắc tí Xét cho từng thiết bị

e_ Phân tích các yêu cầu, đề xuất các vấn đề về Điện - Điều khiển cần đạt được

e Phân tích các yêu cầu, đề xuất các vấn đề về HMI cần đạt được

Cylinder kẹp được đề xuất ở trên

e Cylinder kẹp nên cần phải giữ nguyên việc kẹp trong quá trình vận hành, bất chấp việc mất điện

— loại valve điều khiển phải là valve 5⁄2 được điều khiển bởi 2 coil Điện áp điều khiển để thống

nhất trên toàn mạch được lựa chọn là loại 24VDC 1 coil khi tác động làm cylinder mở, 1 coil còn lại khi tác động sẽ làm cylinder kẹp, khi không có coil nào được tác động, cylinder sẽ đứng yên

e Relay cách ly giữa tầng cảm biến và bộ điều khiển:

e Relay cách ly giữa tầng bộ điều khiển và thiết bị chấp hành:

°

1.4 Phân tích yêu câu HMI

Mục tiêu:

e Từ yêu cầu đặt ra, chỉ rõ những yêu cầu, những thành phần cần hiển thị, cần đọc, cần ghi, và mạng kết nổi HN e_ Phân tích các yêu cầu, đề xuất các vấn đề về HMI cần đạt được

Cần 2 bảng: hiển thị trạng thái các cảm biến và đếm số sản phẩm đã hoàn thành

Bảng hiển thị trạng thái các cảm biến:

®_ Có cảm biến xác định hành trình của thiết bị :

©_ Cylinder kẹp: S4AN, S4AK, S4AN

©_ Cylinder trượt: S1AT, S1AP, CB

©_ Cylinder nâng: S2AL, S2AX, S2AL, S2AX, S2AL

©_ Cylinder xoay: S3AN, S3AD, S3AN

e Có hình ảnh/hoạt cảnh xác định hoạt động của cylinder

IAUTO/MANUAL

, ISIAT+IS2AL+1S3AN+/S4AN SIAT

Ki *nn sÍ so }!SMAT+IS2AL+!S3ANS/S4AN,cT+ Ì +{ ST2 )

S2AI

S1AT,S2AL,S3AN,S4AN

STS « SAAN 4 ST4 k- S3AN 4 ST3 )

|start

sv 7 ST16 / stig }—<8 ,/st19 ' $ )

S2AX * fs3an sts Cơ cấu xoa ST15 x xã xo va

y Băng tải 1 Băng tải 2

S4AK * Ĩ S2AL

S2ALT {saan

+

sT10 síST11 } *# ST12 } s{ ST13

\ S3AD ⁄/ S1AP S2AX `

®_ Có nút nhấn Start (I0.1tí

® Có nút nhấn Stop (I0.2tí

® Có nút nhấn Reset(I0.0H

Bảng đếm số sản phẩm đã hoàn thành:

© Bang tdi 1: (Q1.3tí

® Băng tải 2: (Q1.4tí

e_ Đèn xanh: (Q1.0tí

Trang 3

Đồ án ĐKTĐ2 Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

e_ Đèn đỏ: (Q1.1fí

® Đèn vàng: (Q1.2tí

1.5 Phân tích yêu câu giải thuật

Mục tiêu:

e _ Từ yêu cầu đặt ra, mô tả trình tự các hoạt động của hệ thống

e_ Mô tả những vẫn đề cần đạt được của chương trình

Hệ thống có yêu cầu là điều khiển tuần tự ,v.v

Ví dụ:

e Nhấn nút START,sản phẩm SP được vận chuyển từ công đoạn trước trên băng chuyền M1 đến

vị trí định trước được xác định bằng cảm biến

Sản phẩm sau đó được tay máy 4A kẹp, nâng lên bằng cylinder 1A, xoay dọc bằng cylinder xoay 3A, vận chuyển sang băng chuyền M2 bằng cylinder 2A và hạ xuống đặt lên băng chuyền Nhấn nút STOP để STOP hệ thống, nhấn START để hệ thống bắt đầu tại vị trí dừng

Nhấn nút RESET để RESET hệ thống, nhấn START để hệ thống hoạt động lại từ vị trí đầu

Băng tải ở tầng trước được điều khiển đưa phôi đến vị trí được xác định bằng cảm biến

Tay máy với xilanh kẹp 3, cylinder xoay 2, xilanh lên/xuống 4 và xilanh trượt trái/phải 5 làm nhiệm vụ xoay sản phẩm từ chiều ngang sang chiều dọc

® Bang tdi 7 lam nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm sang công đoạn kế tiếp

1.ó Kế hoạch thực hiện Đồ án DKTD2

Mục tiêu:

e_ Từ các phân tích ở trên, Sử dụng phần mềm Project Management để lập bảng phân công nhiệm vụ '

kiểm tra

e_ Liệt kê nhiệm vụ theo nội dung đã được đề cập ở dưới theo nhóm các nhiệm vụ: Thiết kế tổng quar Thiết kế điện + Vẽ tủ Eplan; Thiết kế điều khiển + viết chương trình PLC + HMI

e@ Lập phân công tiến độ theo từng giai đoạn để hoàn thành nhiệm vụ sau 2 thang (tính từ ngày nh

vutí, dự kiến hoàn thành, ai làm, và thống nhất với các thành viên trong nhóm

Today's Date: 11/5/2018 (vertical red line) Viewing Weeks: 11/4/19 - 9/28/20

` —————^———^ ¬ ` ` o =

Cc

s 2 $85

Q @oaoegee

c 2 >» Ø0

= £ £ Ot 2S22annl22 ooo_ooo ooo_ooo

8 6 $2 5SEE2ã5š28EESSSSESSSSSSSSSESSEI

s Tasks Start End 6 # £4 OG =EESSsaassSescssssssasessssi Thu thập thông tin a 57ã 95% 4i 4ø J0“ —l

Thu thập thông tin nhân viên 20 100% 15 20 0 mmo OS el Cuich

ì ThuthậpthôngtinBộmôn | 11/249 122419 30 95% 22 29 2 y oa my © aay

‡ _ Thôngtin Tuyển ảnh 4140319 11/2219 19 95% 15 18 1 = Cha pin cáo về

!_ Thông tin giới thiệu Khoa _ T219 123018 37 50% 26 19 19 mx

Dich tiếng Anh — TH24H9 11820 57 20% 40 11 48 Mang:

Học môn 17 50% 12 9 9 |

2 Xudng PTN CNC đhầy Phú) 17 30% 12 5 12 m

3 Sub Tak 39 0% 28 0 39 |

| Sub Tak 4219 10W20 28 0% 21 0 28 E——

Cập nhật WEB tiếng Việt — 1/1820 50120 103 0% 75 0 103

2 Sub Tak _ 2/0820 22320 17 0% 12 0 17 Cy

} Sub Tak 224/20 4020 37 0% 28 0 37 CT

Cập nhật WEB tiếng Anh — 4H20 T320 103 0% 74 0 103 [E———]

Sub Tak 17 0% 13 0 17 L—]

2 Sub Tak 17 0% 13 0 17 i } Sub Tak 37 0% 27 0 37

Trang 4

Chương 2 - Giải quyết vấn đề

Mục tiêu:

e Phân tích về quy trình đã thực hiện và thời gian thực hiện;

Đề xuất việc cải tiến rút ngắn thời gian thực hiện 1 quy trình;

°

e Dựa trên đề xuất cải tiến rút ngắn thời gian —> mô tả quy trình công nghệ mới;

e_ Dựa trên quy trình công nghệ mới — Thiết kế cơ khứ/Điện-Điều khiển/Giải thuật/Màn hình giao diện;

2.1 Sơ đồ khối hệ thống và những yêu cầu cần đạt được

Mục tiêu:

e_ Đề xuất thiết kế cơ khí ở từng công đoạn

e Vẽ lại sơ đồ quy trình công nghệ và thời gian thực hiện ở từng công đoạn;

2.2 Thiết kế cơ khí

Mục tiêu:

@ Vẽ phân tích lực ở từng công đoạn;

e Tính toán, sử dụng các Tools lựa chọn thiết bị;

Xi lanh kẹp 4A

Khối lượng vật:m=0,4kg

Áp suất nguồn khí P=5bar=5OOOOOPa

Gia tốc trọng trường g=9,81m/s^2

Hệ số ma sát giữa tay gắp nhôm với sản phpm: ¿= 0,50

Lực (Ftí = 0,4kg x 9.81 m/s^2 = 3,924 N

F_ma sát = 0,5 x 9,81 N =4,905 N

Vậy tổng lực cần để kẹp vật là:

F=3,924+4,905= 8,829N

Đường kính xi lanh :

D=vT

Chọn đường kính xi lanh 10mm

“.“” <4 —

|

Hình 2: Xi lanh hẹp MHZ2- 612

Xi lanh xoay 3Á

Khối lượng tay kẹp +vật =0,4+0,3=0,7kg

Áp suất nguồn khí P=5bar

Trang 5

Vận tộc xi lanh v=0,5m/s

Vận tốc ban đầu u=0m/s^2

Gia tốc a=lm/s^2

Lực xi lanh cần F=ma=0,7.I=0,7N

Lực chuyên động trên pit tông đc tính theo công thức

7 DˆP _ 3,14 D”.500000 _

4 4

Vậy đường kính xi lanh là

D=vi

Chọn xi lanh xoay có đường kính lÔmm

XI lanh nâng 2A

Cụm xi lanh cần nâng | lye: vật+xI kẹp+xI xoay:0,4+0,3+0,6=1,3kg

Áp suất làm việc 0.5Mpa = 5Bar = 500000 N/m2

0-0.5m/s trong 0.5s

a =(v- v0%X(t - t0) = (0.5-0) /0.5s = Im/s2

Lực gia téc Fa = m.a = 1,3.1= 1,3N

Lực IN của xy lanh F = Fa + m = 1,3+ 1,3*10 = 14,3N

F=P A=P * 3.14 * (D%2/4)

D = sqrt ((14,3*4)/500000*3.14) = 6mm

Trang 6

Chọn đường kính xi lanh: mm

Fa

$3

Fh

Khối lượng tay gắp =4A+3A+thanh truyền + vật=0,4+0,3+0,6+1=2,3kg

Áp suất nguồn khí P=5bar=500000Pa

Vật tốc xi lanh v=0,5m/s

Vật tốc ban đầu u=0m/sˆ^2

Hành trình xi lanh s=500mm=0,5m

Gia tốc trọng trường ø=9,8m/s^2

Gia tốc =v^2+u^2+2as

(0,5) * 2=0+2a.0,5

0,25=la>a=4m/s^2

Luc day xi lanh=ma=2,3x4=9,2N

Lực do gia tốc trọng trường gây nên:

F=mg=2,3x9,8=22,54N

Tổng lực xi lanh cần đây vật:9,2+22,54=31,74N

Lực chuyên động trên pit tông đc tính theo công thức

E-Ap-ĐˆP_3,14.DẺ -500000_— 1 7

4 4

Vậy đường kính xi lanh là

D=vU

Chon xi lanh co duong kinh 10mm

Đồ án ĐKTĐ2 Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa

Băng tải

Dự án gồm có 2 băng tải:

- Băng tải 1 (BT1) có nhiệm vụ vận chuyên các phôi vào vị trí xác định đề cơ cầu xoay nhận phôi và

thực hiện xoay phôi

- Băng tải 2 (BT2) có nhiệm vụ đưa phôi đến quy trình tiếp theo sau khi quá trình xoay phôi được hoàn thành

- Vi hai bang tai déu cùng tải một loại phôi nên có thể chọn cùng một loại động cơ băng tải

Belt Conveyor

Load

Drive Pulley

Secondary Pulley

Trang 8

| Belt Conveyor Sizing Tool

Select the unit O Imperial © Metric

Load and linear guide

Total mass of loads and conveyor belt m = kg

Friction coefficient of the belt and linear guide u =|05 v @

Drive pulley specifications

Drive pulley material p

Number of drive pulleys o n = pc

Exfernal force

Direction

of

Trang 9