Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 72 * Định cấu hình cho EM235: Sử dụng công tắc DIP (SW1 SW6) đế xác định các giải pháp tín hiệu vào Analog. Tất cả các đầu vào đợc đặt ở cùng một phạm vi tín hiệu đầu vào Analog. * Module đầu vào/ra Analog EM231 RTD - Kích thớc (dài x rộng x cao): 90 x 80 x 62mm - Khối lợng: 0,2kg - Công suất: 2W - 3 đầu vào Analog - EM231 RTD thu nhận tín hiệu nhiệt độ dới dạng Analog dễ dàng với tính chính xác cao bằng việc sử dụng cặp nhiệt ngẫu chuẩn. Đợc thiết kế giống nh những thiết bị khác của dòng S7 - 22x, chúng đợc liên kết với nhau qua các Bus dữ liệu và đợc đặt trên một giá treo DIN phía bên phải CPU - Kết nối module EM231TC, EM231 RTD: Có thể mắc trực tiếp với S7- 200 hoặc có thể sử dụng dây dẫn phụ có bảo vệ để hạn chế tiếng ồn một cách tốt nhất. Có thể mắc thiết bị EM231 RTD với cảm biến theo 3 cách: 4 dây, 3 dây và 2 dây. Cách chính xác nhất là sử dụng 4 dây, cách ít chính xác nhất là sử dụng 2 dây chỉ đợc sử dụng nếu sai số do mắc dây đợc bỏ qua trong các ứng dụng. * Module đầu vào/ra Analog EM235 - Đặc tính vật lý: Kích thớc (dài x rộng x cao): 90 x 80 x 62mm Khối lợng: 0,2kg Công suất tiêu thụ: 2W Số dầu vào/ra: 3 đầu vào Analog, 1 đầu ra Analog - Đặc tính đầu ra: Dải tín hiệu ra: Điện áp 10V, dòng điện 0 ữ 20mA Kiểu dữ liệu: Lỡng cực: - 32000 ữ 32000 và đơn cực: 0 ữ 32000 Thời gian ổn định: Điện áp 100às, dòng điện 2às - Đặc tính đầu vào: Dạng đầu vào kiểu vi phân . Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 73 Điện trở vào 100M Điện áp vào cực đại: 30V Dòng điện vào cực đại: 32mA Dòng điện nguồn 5VDC, 70mA từ khối cơ sở Nguồn cung cấp mở rộng: 60mA, cộng với dòng điện ra 20mA từ khối cơ sở hay nguồn mở rộng. * Cách sử dụng EM235: - Đảm bảo nguồn cung cấp 24VDC không có nhiễu và ổn định - Điều chỉnh Module - Sử dụng dây cảm biến càng ngắn càng tốt - Nối ngắn mạch những đầu vào không sử dụng - Tránh làm ngập dây - Sử dụng cùng loại cho một tuyến dây Thiết bị RTD cung cấp tín hiệu vào PLC với những giữ liệu cho biết nhiệt độ hoặc điều kiện sai số. Các bit trạng thái cho biết khoảng sai số và tình trạng không hoạt động của thiết bị/nguồn cung cấp đang sử dụng. Đèn LED cho biết tình trạng của thiết bị. Hình3.22: Bộ định cấu hình DIP cho module EM231, EM235 . Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 74 Các module EM231 & EM235 có chi phí thấp tốc độ cao 12 bit. Chúng có khả năng chuyển đổi đầu vào Analog thành tín hiệu digital tơng ứng với 149às. Quá trình chuyển đổi tín hiệu đầu vào Analog đợc thực hiện mỗi khi tín hiệu Analog đợc truy cập bởi chơng trình của ngời sử dụng. EM231 & EM235 cung cấp tín hiệu Digital cha đợc xử lý (không lọc hoặc tuyến tính hoá) đúng với điện áp Analog hay giá trị thực đợc thể hiện ở các cực đầu vào của thiết bị. Vì là thiết bị tốc độ cao nên chúng có thể thay đổi nhanh chóng theo tín hiệu đầu vào Analog. 3.3. Rơle Hình 3.23: Relay Trong hệ thống các rơle nhận tín hiệu từ các cổng ra của PLC để cấp nguồn cho cuộn dây của rơle. Các tiếp điểm thờng mở của rơle đóng vai trò nh công tắc nối giữa nguồn điện và động cơ hoặc cuộn van, và các tiếp điểm này sẽ đóng lại khi có tín hiệu của PLC. Thời gian đóng và thời điểm đóng do PLC quyết định theo chơng trình điều khiển. 3.4. Động cơ đếm xung (Encoder) 3.4.1. Encoder Hình 3.24: Encoder . Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 75 Hiện nay, trên thực tế có rất nhiều cách đo chiều dài tự động nh dùng cảm biến, dùng công tắc hành trình. Động cơ đếm xung là một cách đo chiều dài. Đầu trục Encoder đợc gắn đồng trục với một con lăn đợc tiện với chu vi chính xác là 7 cm. Khi băng tải chạy và làm Encoder quay và một vòng Encoder phát ra 40 xung 7 xung. Những xung này sẽ đợc đa vào bộ Counter để đếm số xung và tác động cho đầu ra để tác động cho tiếp điểm khác. Cấu tạo của Encoder bao gồm một đĩa có đục lỗ trên đó, một cặp thu phát hồng ngoại, bộ khuếch đại lên 5V DC. Khi cấp nguồn cho Encoder nguồn phát phát liên tục tia hồng ngoại, để đầu thu nhận đợc tia hồng ngoại này thì lỗ trên đĩa phải nằm giữa cặp thu phát, mà trục của đĩa này là trục của Encoder. Khi đầu thu nhận đợc tín hiệu của đầu phát thì lúc đó tín hiệu ra là mức cao 5 V, đầu ra này sẽ đợc kích lên 24 V DC để đa vào PLC. Hình 3.25: Mạch tạo ra điện áp 5V ổn định Hình 3.26: Mạch nối cặp cảm biến quang và đầu ra đa vào PLC . Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 76 Đầu vào PLC sẽ là xung hình vuông với điện áp 24 V. Mỗi khi đèn thu nhận đợc tia sáng thì đầu vào PLC ở mức cao, còn khi đèn thu không nhận đợc tia sáng thì đầu vào PLC ở mức thấp. 3.4.2. Bộ thu phát quang phototransistor * Cơ chế hoạt động Thông thờng bọ ghép quang gồm 1 điốt loại GaAs phát ra tia hồng ngoại và 1 phototransistor với vật liệu silic. Với dòng điện thuận, điốt phát ra bức xạ hồng ngoại với chiều dài sóng khoảng 900nm. Năng lợng bức xạ này đợc chiếu lên trên mặt của phototransistor hay chiếu gián tiếp qua một môi trờng dẫn quang ( Hình3.24) Đầu tiên tín hiệu điện đợc phần phát (LED hồng ngoại) trong bộ ghép quang biến thành tín hiệu ánh sáng. Sau đó tín hiệu ánh sáng đợc phần nhận (Phototransistor) biến thành tín hiệu điện (Hình 3.24) * Nguyên lý hoạt động Thông thờng cực gốc của phototransistor đợc nói ra ngoài (ví dụ trong trờng hợp với mạch phản hồi). Tuy nhiên bộ ghép quang vẫn làm việc trong trờng hợp không có cực gốc. Trờng hợp không có cực gốc, bộ ghép có hệ số truyền đạt giữa LED và phototrasistor lớn hơn, vì vậy bề mặt cực gốc . Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 77 không bị che lấp một phần bởi công tắc của cực gốc. Tuy nhiên không có cực gốc, bộ ghép quang cũng có những bất lợi: - Bộ ghép quang làm việc không ổn định với nhiệt độ cao (vì dòng điện ngợc tăng cao với nhiệt độ). - Bộ ghép quang làm việc chậm hơn. Nếu ta nối giữa cực gốc và cực phát 1 điện trở, bộ ghép quang làm việc nhanh hơn, dòng điện ngợc bé hơn. Tuy nhiên hệ số truyền đạt cũng bé đi vì một phần dòng điện của cực gốc bị dẫn đi mất. Cờng độ sáng của LED bị giảm đi, nhng dòng quang điện của phototransistor gia tăng khi nhiệt độ tăng cao. Do đó bọ ghép quang làm việc làm việc khá ổn định với nhiệt độ 3.5. Sơ đồ kết nối của hệ thống điều khiển 3.5.1. Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi Sau khi nghiên cứu phần mềm Step7 - micro/Win 32 và chọn thiết bị điều khiển CPU 224 để điều khiển tự động quá trình cắt nhôm thì việc lựa chọn các thiết bị khác để kết nối với dây chuyền cần điều khiển là công việc quan trọng. Sử dụng các thiết bị điều khiển quan trọng là: Máy tính PC, CPU, cáp PC/PPI và module mở rộng. Ghép nối máy tính PC qua cổng RS232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485. H ình3.27: Sơ đồ kết nối tổng thể Module mở rộn g Modul mở rộn g R R S S - - 2 2 3 3 2 2 R R S S - - 4 4 8 8 5 5 M M o o d d u u l l m m ở ở r r ộ ộ n n g g I I 0 0 . . 0 0 ữ ữ I I 0 0 . . 7 7 Q Q 0 0 . . 0 0 ữ ữ Q Q 2 2 . . 7 7 . B¸o c¸o tèt nghiƯp t« kim hïng – tù ®éng 46 Tr−êng ®hnni – hµ néi khoa c¬ ®iƯn 78 H H × × n n h h 3 3 . . 2 2 8 8 : : H H Ư Ư t t h h è è n n g g ® ® i i Ị Ị u u k k h h i i Ĩ Ĩ n n t t r r o o n n g g c c ¸ ¸ c c d d © © y y c c h h u u y y Ị Ị n n s s ¶ ¶ n n x x u u Ê Ê t t Ngoµi ra trong mét sè d©y chun s¶n xt lín ng−êi ta kÕt nèi m¸y tÝnh víi nhiỊu CPU kh¸c nhau vµ kÕt hỵp víi nh÷ng phÇn mỊm kh¸c nh− protul t¹o thµnh mét hƯ thèng ®iỊu khiĨn, hay cßn gäi lµ m¹ng ®a chđ. Trong ®ã: TD 200 vµ OP15 lµ hƯ thèng ®iỊu khiĨn, hiĨn thÞ, theo dâi, kiĨm tra vµ l−u tr÷ qu¸ tr×nh s¶n xt. 3.5.2. ThiÕt kÕ m« h×nh ®iỊu khiĨn tù ®éng qu¸ tr×nh c¾t nh«m ENCODER (I1.3) ĐC băng tải 1 (I0.0, Q0.0) ĐC băng tải 2 (Q0.5) Băng tải ĐC ép (Q0.1, Q0.4) CTHT trên ĐC ép (I0.4) Thanh nhôm ĐC dao cắt (Q0.2) ĐC chuyển động dao cắt (Q0.3, Q0.6) Dao cắt CTHT dưới ĐC ép CTHT cuối ĐC chuyển động dao cắt (I0.2) CTHT đầu ĐC chuyển động dao cắt (I0.3) (I0.1) H×nh 3.29: M« h×nh thiÕt kÕ Chó thÝch: CTHT: C«ng t¾c hµnh tr×nh. §C: §«ng c¬ . Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 79 3.5.2.1. Thực tế quá trính cắt nhôm của nhà máy: Khi nhôm đợc băng tải chuyển động đến rãnh cắt. Thanh nhôm sẽ đợc cắt theo chiều dài đợc đặt trớc trên màn hình tinh thể lỏng. Khi ta nhập số liệu vào màn hình đó thì cơ cấu tác động đến tấm chắn ở cuối quá trình để chặn thanh nhôm. Khi thanh nhôm chạm đến tấm chắn thì động cơ băng tải chuyển nhôm dừng lại và ép chặt thanh nhôm bằng thuỷ lực. Khi ép chặt sẽ tác động đến công tắc hành trình cuối, khởi động động cơ dao cắt và bộ phận chuyển động động cơ cắt bằng thuỷ lực. Bộ phận chuyển động động cơ dao gặp công tắc hành trình cuối làm dừng đông cơ cắt, sẽ nhả ép và kéo động cơ cắt về gặp công tắc hành trình đầu thì dừng lại và tác động cho băng tải chuyển sản phẩm ra ngoài. Trên cơ sở đó em thiết kế quá trình cắt nhôm tự động. 3.5.2.2. Chế tạo quá trình cắt nhôm gồm các công đoạn sau: - Băng tải 1: Dùng động cơ một chiều giảm tốc 12 V, 25 vòng/phút. Dùng để chuyển thanh nhôm vào để bắt đầu quá trình cắt. - Động cơ nhả ép: Dùng động cơ một chiều trục vít 24 V, 30 vòng/phút. Dùng để ép chặt thanh nhôm hay nhả ép. - Động cơ cắt: Dùng động cơ một chiều 24 V, 300 vòng/phút. Dùng để cắt thanh nhôm. Động cơ này đợc gắn trên giá đỡ đợc chuyển động nhờ một động cơ khác. Dao cắt nhôm có đờng kính là 12 cm. - Động cơ chuyển động động cơ cắt: Dùng động cơ một chiều 12 V, 25 vòng/phút. Dùng để chuyển động động cơ cắt. - Băng tải 2: Dùng động cơ một chiều giảm tốc 12 V, 25 vòng/phút. Dùng để chuyển sản phẩm vừa cắt ra ngoài. . Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 80 3.5.2.3. Thuật toán điều khiển mô hình: . Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện 81 Hoạt động của hệ thống: Đầu tiên đặt thanh nhôm tại vị trí rãnh cắt. Khi bắt đầu hệ thống ta phải chọn chiều dài mà ta định trong chơng trình đã đợc đặt trớc (có thể thay đổi đợc) 3 chiều dài 10 cm, 15 cm, 20 cm tơng ứng với các nút CD1 (I1.0), CD2 (I1.1), CD3 (I1.2). Khi mà đã đặt xong ta bấm nút START để hệ thống bắt đầu, băng tải 1 chạy và ENCODER đợc gắn đồng trục với băng tải. Đầu ra của ENCODER đợc đa vào đầu I1.3 để đếm xung. Nếu đếm đủ số xung mà chơng trình đặt tơng ứng với độ dài mà ta đã đặt thì động cơ băng tải 1 sẽ dừng lại, tác động động cơ ép (Q0.1) ép chặt thanh nhôm. Khi động cơ tác động vào công tắc hành trình dới (I0.1) cho động cơ ép dừng. Khi động cơ ép dừng thì khởi động động cơ cắt (Q0.3) và động cơ chuyển động dao cắt (Q0.2) tịnh tiến dần và cắt thanh nhôm. Đến khi động cơ chuyển động dao cắt tác động đến công tắc hành trình cuối (I0.2) dừng động cơ dao cắt, khởi động động cơ nhả ép (Q0.4) và khởi tạo bộ Timer (T37) trễ 5 giây. Khi động cơ nhả ép gặp công tắc hành trình (I0.4) thì dừng động cơ nhả ép. Sau khi hết 5 giây T37 làm đảo chiều động cơ chuyện động dao cắt gặp công tắc hành trình (I0.3) làm dừng động cơ chuyển động dao cắt, đồng thời băng tải 2 chạy đa sản phẩm ra ngoài. Khi băng tải 2 chạy ta dùng một bộ Timer để trễ 5 giây sau đó thì hệ thống sẽ hoạt động lại từ đầu. . . Hình 3.25: Mạch tạo ra điện áp 5V ổn định Hình 3.26: Mạch nối cặp cảm biến quang và đầu ra đa vào PLC . Báo cáo tốt nghiệp tô kim hùng tự động 46 Trờng đhnni hà nội khoa cơ điện. hiệu điện (Hình 3.24) * Nguyên lý hoạt động Thông thờng cực gốc của phototransistor đợc nói ra ngoài (ví dụ trong trờng hợp với mạch phản hồi). Tuy nhiên bộ ghép quang vẫn làm việc trong. nội khoa cơ điện 73 Điện trở vào 100M Điện áp vào cực đại: 30V Dòng điện vào cực đại: 32mA Dòng điện nguồn 5VDC, 70mA từ khối cơ sở Nguồn cung cấp mở rộng: 60mA, cộng với dòng điện ra 20mA