Luận văn cơ điện tử Thiết kế và chế tạo module huấn luyện tự động hóa

LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện đề tài, dù gặp rất nhiều khó khăn nhất là về kinh phí thực hiện nhưng cuối cùng chúng em đã hoàn thành công trình nghiên cứu khoa học đúng thời gian  Xin gửi lời tri ân sâu sắc đến Cha mẹ của chúng em đã miệt mài lo lắng và chu cấp kinh phí cho chúng em trong suốt 4,5 năm đại học và trong quá trình làm báo cáo để hoàn thành tốt nghiên cứu khoa học.  Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Th.S Trần Bích Sơn đã giúp đỡ và động viên khích lệ chúng em trong suốt quá trình thực hiện công trình nghiên cứu khoa học.  Xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy, các nhân viên trong Khoa Cơ Điện – Điện tử trường ĐH Lạc Hồng và các bạn sinh viên đã tạo điều kiện, đóng góp ý kiến để chúng em sớm hoàn thành Báo cáo khoa học. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Trang CHƢƠNG I: DẪN NHẬP 1 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1 1.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 2 1.4 TẦM QUAN TRỌNG VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA ĐỀ TÀI 2 1.5 MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2 1.6 KẾT CẤU CỦA ĐỀ TÀI 3 CHƢƠNG II: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 4 2.1 GIỚI THIỆU MODULE 4 2.1.1 TRẠM 1 (Distribution Station: Trạm phân phối) 5 2.1.2 TRẠM 2 (Trạm lắp ráp: Assembly Station). 5 2.2. CHỨC NĂNG – SƠ ĐỒ HOẠT ĐÔNG CỦA CÁC TRẠM TRONG MODULE 6 2.2.1 Trạm 1 – Trạm phân phối (Distribution station) 7 2.2.2 Trạm 2 – Trạm lắp ráp (Assembly station). 9 2.2.3 Hoạt động của Module. 10 CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 12 3.1 THIẾT KẾ CƠ KHÍ 12 3.1.1 TRẠM 1 – TRẠM PHÂN PHỐI. 12 3.1.1.1 Thiết kế Xylanh tách phôi khỏi ngăn chứa 12 3.1.1.2 Thiết kế cụm chuyển phôi sang trạm kế 14 3.1.2 TRẠM 2 – TRẠM LẮP RÁP 15 3.2 THIẾT KẾ ĐIỆN – KHÍ NÉN VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG. 19 3.2.1 SƠ LƢỢC VỀ PLC S7-300 CỦA SIEMENS. 19 3.2.1.1 Thiết bị điều khiển logic khả trình. 19 3.2.1.2 Các module của PLC S7-300. 20 3.2.1.3 Tổ chức bộ nhớ CPU. 24 3.2.1.4 Vòng quét chƣơng trình của PLC. 26 3.2.1.5 Cấu trúc chƣơng trình. 28 3.2.1.5.1 Lập trình tuyến tính. 28 3.2.1.5.2 Lập trình cấu trúc 28 3.2.1.5.3 Các khối OB đặc biệt 29 3.2.1.6 Ngôn ngữ lập trình 31 3.2.2 SƠ LƢỢC VỀ PLC S7-200 CỦA SIEMENS. 32 3.2.2.1 Giới thiệu PLC S7-200 32 3.2.2.2 Cấu trúc phần cứng của S7-200. 35 3.2.2.2.1 Hình dạng và cấu trúc bên ngoài. 35 3.2.2.2.2 Cấu trúc phần cứng. 36 3.2.2.3 Cấu trúc bộ nhớ. 38 3.2.2.3.1 Phân chia bộ nhớ 38 3.2.2.3.2 Vùng nhớ chƣơng trình 38 3.2.2.3.3 Vùng nhớ dữ liệu 39 3.2.2.3.4 Vùng đối tƣợng 41 3.2.2.4 Kiểu dữ liệu 41 3.2.2.5 Thiết bị lập trình 41 3.2.2.5.1 Giao diện làm việc 42 3.2.2.5.2 Các khối sử dụng trong giao diện lập trình 43 32.2.5.2.1 Khối Programe Block 43 3.2.2.5.2.2 Khối Data Block 44 3.2.2.5.2.3 Khối Symbol Table 45 3.2.2.5.2.4 Khối Comunication 45 3.2.3 TRẠM I 47 3.2.3.1 Lựa chọn thiết bị 47 3.2.3.2 Thiết kế mạch điện điều khiển. 49 2.3.3 Thiết kế mạch khí nén. 50 3.2.3.4 Lập trình trạm 1 51 3.2.4 TRẠM 2 62 3.2.4.1 Lựa chọn thiết bị. 62 3.2.4.2 Thiết kế mạch điều khiển. 63 3.2.4.3 Thiết kế mạch khí nén. 64 2.4.4 Lập trình trạm 2 65 CHƢƠNG IV: GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN SCADA 75 4.1 KHÁI NIỆM SCADA 75 4.2 Thiết lập SCADA cho MODULE. 75 4.2.1 Giám sát Trạm I 76 4.2.2 Giám Sát Trạm II 87 KẾT LUẬN 97 Hƣớng Phát Triển Của Đề Tài 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 PHỤ LỤC CÁC BÀI TẬP THỰC HÀNH VỚI HỆ THỐNG DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2. 1: Hệ thống MPS-205 của hãng Festo 4 Hình 2. 2: Sơ đồ khối của hệ thống các trạm MPS 4 Hình 2. 3: Trạm phân phối của trường ĐH Công nghiệp TP. HCM 5 Hình 2. 4: Trạm lắp ráp của hãng Festo 5 Hình 2. 5: Mô hình thiết kế 3D 6 Hình 2. 6: Mô hình thực tế 6 Hình 2. 7: Mô hình trạm phân phối của đề tài 7 Hình 2. 8: Sơ đồ hoạt động trạm 1 8 Hình 2. 9: Trạm lắp ráp gồm 4 cụm cơ cấu chính như sau . 9 Hình 3. 1: Kích thước phôi dung trong Module 12 Hình 3. 2: Hình dạng xylanh tách phôi dung trong hệ thống. 12 Hình 3. 3: Thiết kế xilanh tách phôi 13 Hình 3. 4: Thiết kế ngăn chứa phôi 13 Hình 3. 5: Thiết kế cụm chuyển phôi Trước khi lắp ráp 14 Hình 3. 6: Hình chiếu tổng quan trạm 1 14 Hình 3. 7: Chi tiết cụm chặn phôi 15 Hình 3. 8: Gá xylanh chặn phôi hoàn chỉnh. 15 Hình 3. 9: Chi tiết cấu thành băng tải 16 Hình 3. 10: Cụm băng tải trước và sau khi hoàn thành 16 Hình 3. 11: Cơ cấu khay đựng nắp 17 Hình 3. 12: Hình ảnh Xylanh dẫn hướng (loại 2 pittong) 17 Hình 3. 13: Cơ cấu tay lấy nắp 18 Hình 3. 14: Trạm 2 tổng quát 18 Hình 3. 15: Cấu trúc bên trong của 1 PLC 19 Hình 3. 16: Sơ đồ khối và sơ đồ đấu dây của module nguồn 21 Hình 3. 17: Sơ đồ đấu dây của module 22 Hình 3. 18: Sơ đồ đấu dây của module 23 Hình 3. 19: Vòng quét CPU 27 Hình 3. 20: Vòng quét CPU 28 Hình 3. 21: Lập trình có cấu trúc 29 Hình 3. 22: STL là ngôn ngữ mạnh nhất 31 Hình 3. 23: Thông số và các đặc điểm kỹ thuật của series 22X 33 Hình 3. 24: Bảng giới thiệu các loại module mở rộng 34 Hình 3. 25: Chi tiết phần cứng PLC S7-200 36 Hình 3. 26: Mô hình tổng quát của một PLC 36 Hình 3. 27: Cấu trúc bộ nhớ của PLC 38 Hình 3. 28: Giao diện STEP7-MICROWIN 42 Hình 3. 29: Cách tạo chương trình con hay chương trình ngắt 43 Hình 3. 30: Giao diện Data Block 44 Hình 3. 31: Cửa sổ Symbol Table 45 Hình 3. 32: Cửa sổ Comunications 46 Hình 3. 33: Cửa sổ Set PG/PC interface 46 Hình 3. 34: Cửa sổ Upload/Download chương trinh xuống PLC 47 Hình 3. 35: PLC S7-300 cpu 314 2DP của hãng SIEMENS 48 Hình 3. 36: Van khí sử dụng trong trạm 48 Hình 3. 37: Mạch các nút nhấn bảng điều khiển trạm 1 49 Hình 3. 38:Ngõ vào cảm biến PLC trạm 1 49 Hình 3. 39: Ngõ ra PLC trạm 1 50 Hình 3. 40: Sơ đồ mạch khí nén trạm 1 50 Hình 3. 41: Lưu đồ hoạt động trạm I 52 Hình 3. 42: Màn hình khởi động S7 SIMATIC Manager 53 Hình 3. 43: Giao diện lưu project S7 SIMATIC 54 Hình 3. 44: Giao diện cấu hình phần cứng 54 Hình 3. 45: Giao diện Symbols chương trình 55 Hình 3. 46: PLC S7-200 CPU 224 62 Hình 3. 47: Xylanh dẫn hướng loại 2 pittong 63 Hình 3. 48: Ngõ vào cảm biến PLC 63 Hình 3. 49: Ngõ ra PLC 64 Hình 3. 50: Mạch khí nén của trạm 2 64 Hình 4. 2: Cửa sổ Create a new project 76 Hình 4. 1: Hộp thoại WinCC Explore 76 Hình 4. 3: Cửa sổ WinCC Explore 77 Hình 4. 4: Cửa sổ WinCC Explore 77 Hình 4. 5: Cửa sổ Add New Driver 78 Hình 4. 6: Cửa sổ WinCC Explore 78 Hình 4. 7: Cửa sổ Connection Properties 79 Hình 4. 8: Cửa sổ WinCC Explore 79 Hình 4. 9: Cửa sổ WinCC Explore 80 Hình 4. 10: Cửa sổ Tag properties 80 Hình 4. 11: Cửa sổ WinCCExplorer 81 Hình 4. 12: Cửa sổ vào New picture 81 Hình 4. 13: Cửa sổ WinCCExplorer 82 Hình 4. 14: Cửa sổ Graphics Designer 82 Hình 4. 15: Cửa sổ tạo nút nhấn 83 Hình 4. 16: Cửa sổ Button Configuration 83 Hình 4. 18: Giao diện Graphics Designer 84 Hình 4. 17: Cửa sổ Object Palatte 84 Hình 4. 20: Cửa sổ Edit Action 85 Hình 4. 19: Graphic object configuration 85 Hình 4. 21: Thư mục Assigning Parameters 86 Hình 4. 22: Cửa sổ Tag – Project 86 Hình 4. 23: Giao diện Trạm I 87 Hình 4. 24: Giao diện Trạm II 96 -8- - Cảm biến tiệm cận xác định có workpiece trong ngăn chứa. - Xylanh tác động kép tách workpiece ra, vị trí của piston được giám sát bởi các cảm biến hành trình nam châm. - Giác hút chân không ở vị trí trên, bên phía trạm 1 sẽ vận chuyển workpiece đến trạm kế.  Trạng thái hoạt động. - Ngăn chứa có Workpiece  Trạng thái bắt đầu - Xilanh đẩy ở vị trí sẵn sàng. - Xylanh trượt ở vị trí ngăn chứa workpiece. - Xylanh xoay có giác hút chân không ở ở vị trí trên.  Hoạt động - Khi nhấn nút Start và trạm ở trạng thái hoạt động, Xylanh xoay có giác hút chân không xoay   sang trạm 2. - Xylanh đẩy workpiece ra khỏi ngăn chứa - Xylanh xoay có giác hút chân không xoay   sang bên workpiece . - Giác hút chân không hút workpiece. - Xylanh xoay   sang trạm 2. - Giác hút chân không nhả workpiece ra. - Xylanh xoay có giác hút chân không xoay về phía trạm phân phối và kết thúc chu kỳ hoạt động. START Xylanh giác hút chân không xoay 90 độ qua trạm 2 Xylanh đẩy workpiece Xylanh giác hút chân không xoay 180 độ về trạm phân phối Giác hút chân không hút workpiece Xylanh giác hút chân không xoay 180 độ qua trạm 2 Giác hút chân không nhả workpiece Xylanh giác hút chân không xoay 180 độ về trạm phân phối Chuẩn bị chu trình tiếp theo Hình 2. 8: Sơ đồ hoạt động trạm 1 -25-  System memory: là vùng nhớ chứa các bộ đếm vào/ ra số(Q.I), các biến cờ(M), thang ghi C-World, PV, T- bit của timẻ, thanh ghi C-Word, PV, C –BIT của Couter. Việc truy cập, sửa lỗi dữ liệu những ô nhớ này được phân chia hoặc bởi hệ điều hành của CPU hoặc do chương trình ứng dụng. Có thể thấy rằng trong các vùng nhớ được trình bày ở trên không có vùng nhớ nào được dung làm bộ đệm cho cổng vào/ ra tương tự. nói cách khác các cổng vào/ra tương tự không có bộ đếm và như vậy mỗi lệnh truy nhập module tương tự (đọc hoặc gửi giá trị) đều có tác dụng trực tiếp tới các cổng vật lý của module. Bảng 1.1. Vùng địa chỉ và tầm địa chỉ. Tên gọi Kích thước truy cập Kích thước tối đa (tùy thuộc vào CPU) Process input image (I) Bộ đệm vào số I IB IW ID 0.0 ÷ 127.7 0 ÷ 127 0 ÷ 126 0 ÷ 124 Process output image (Q) Bộ đệm ra số Q QB QW ID 0.0 ÷ 127.7 0 ÷ 127 0 ÷ 126 0 ÷ 124 Bit memory (M) Vùng nhớ cờ M MB MW MD 0.0 ÷ 255.7 0 ÷ 255 0 ÷ 254 0 ÷ 252 Timer (T) T0 ÷ T255 Counter (C) C0 ÷ C255 Data block (DB) Khối dữ liệu share DBX DBB DBW DBD 0.0 ÷ 65535.7 0 ÷ 65535 0 ÷ 65534 0 ÷ 65532 Data block (DI) DIX 0.0 ÷ 65535.7 Khối dữ liệu instance DIB 0 ÷ 65535 [...]... Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên module CPU Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện  Khối vào/ra Khối vào ra dùng để giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC (điện áp 5/15VDC) với mạch công suất bên ngoài (điện áp 24VDC/220VAC)... xylanh đi về Y4-, lúc này xylanh đi về sẽ tác động cảm biến S4  S4 tác động Y2+ xoay phải, lúc này S5 bị tác động kết hợp timer 2s kích xylanh Y1 xoay trái  Khi xoay trái tác động S6 kết hợp tín hiệu báo bận không tác động hệ thống làm việc tiếp Trạng thái (c)  Nhấn nút Start CB1 tác động kích xylanh xả khí Y10+ đẩy phôi, sau thời gian 2s Y10- tác động ngắt khí và quay về trạng thái chờ  Lập trình hệ... cửa sổ hiện ra chọn yes và chọn finish Đóng cửa sổ S7200.OPCserver và đóng OPC Item Manager Kích chuột phải vào Graphic Desaigner chọn New picture Sau đó kích đôi vào NewPdl0.pdl, cửa sổ Graphic Desaigner hiện ra Tạo nút nhấn: -92Trong cửa sổ Object Palette chon Button Sau đó vào cừa sổ chính, chọn vị trí thích hợp và nhấp chuột trái đặt tên text là ON, tương tự cho nút OFF Kết quả -93- Tiếp theo ta... ngoài (điện áp 24VDC/220VAC) Khối ngõ vào thực hiện việc chuyển mức điện áp từ cao xuống mức tín hiệu tiêu chuẩn để đưa vào bộ xử lý Khối ngõ ra thực hiện việc chuyển mức tín hiệu từ tiêu chuẩn sang tín hiệu ngõ ra và cách ly  Bộ nguồn Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC  Khối quản lý kết nối -40từ đơn gồm hai byte là VB183 và VB184 trong đó VB183 là byte cao trong... hiện có phôi thì Y3+ tác động xylanh đi xuống  Khi xuống S1 tác động kích cho Y5+ giác hút, hút nắp, khi cảm biến hút CB4 tác động kích xylanh Y3- đi lên  Khi xylanh đi lên S2 tác động kích cho Y4+ xylanh đi ra  Khi xylanh đi ra tác động S3 kích Y3+ đi xuống  Xylanh đi xuống tác động S1 nhả phôi Y5-, lúc này CB4 không tác động kích xylanh đi lên Y3 Khi xylanh đi lên tác động S2, S2 kích xylanh... trạm 2 đang bận  Lưu đồ hoạt động của trạm 2 START (a) (b) (c) CB2 + BS3 Y7+ CB3 + CB2 BS3 + CB1 Y10+ Y3+ CB3 + CB2 Y7Y6 S1 1S Y10- Y5+ CB4 Y3S2 Y4+ S3 Y3+ S1 BS3 Y5- CB4 Y3S2 Y1 Y4S4 Y2+ S5 + 2S *Giải thích lưu đồ hoạt động Trạng thái (a)  Khi nhấn Start khởi động hệ thống, băng tải Y7+ chạy, nếu cảm biến CB3 và CB2 phát hiện có ngõ vào thì băng tải sẽ ngừng hoạt động Y7- và phát tín hiệu Y6  Nếu CB2... download nhấn download Sau đó chuyển PLC sang chế độ Run Bước 2: khởi động PC Access Kích chuột vào Microwin(COM1) chọn New PLC… Đặt tên rồi nhấn OK Sau đó kích chuột phải chọn New/Item… -89- Sau khi cưa sổ Properties hiện ra, ta đặt tên,chọn ngỏ vào ra Sau đó chọn Save và chọn đường dẩn để lưu Bước 3: Khởi động Windows Control Center 6.0: Sau khi khởi động xong, chọn File/New hay bấm tổ hợp Ctrl+N... chỉ byte cao VB100 vào trong thanh ghi AC1, thanh ghi AC1 sẽ chứa địa chỉ của VW100 - con trỏ: Toán hạng lấy nội dung của byte, từ hoặc từ kép mà con trỏ chỉ vào Theo ví dụ trên, khi đã tạo con trỏ ta có thể lấy nội dung của AC1 và chuyển vào VW300 bằng cách dùng toán hạng lấy nội dung trỏ vào thanh ghi AC1 -56- -57- -58- -59- -60- -61- -66Y8 Q1.0 Đèn Reset (Đỏ) Y9 Q1.1 Cuộn coil tác động xylanh khí... phải tạo một con trỏ cho vùng đó bằng cách sử dụng ký tự & cùng với vùng nhớ có địa chỉ cần lấy Toán hạng đầu vào của lệnh phải bắt đầu với ký tự & để chỉ rằng địa chỉ vùng nhớ, thay cho nội dung của nó được chuyển vào vùng định nghĩa toán hạng đầu ra của lệnh Quy ước sử dụng con trỏ để truy nhập như sau: - & địa chỉ byte (cao): Toán hạng lấy địa chỉ của byte, từ hoặc từ kép VD: MOVD &VW100,AC1: Tạo. .. Kích phải vào nút ON chọn Properties rồi tiến hành như như sau: Trong cửa sổ Edit Action thực hiện như như sau: Kích đôi chuột trái vào SetTagBit, cửa sổ Assigning Parameters hiện ra nhấn vào nút … ở cuối Tag_Name chọn Tag selection -94- Cửa sổ Tags hiện ra và thực hiện như hình vẽ: Sau đó gỏ số 1 ô Value vào như hình dưới rồi nhấn OK: Tiếp theo, trở về cửa sổ Edit Action nhấn nút Create Action và không . chọn thiết bị 47 3.2.3.2 Thiết kế mạch điện điều khiển. 49 2.3.3 Thiết kế mạch khí nén. 50 3.2.3.4 Lập trình trạm 1 51 3.2.4 TRẠM 2 62 3.2.4.1 Lựa chọn thiết bị. 62 3.2.4.2 Thiết kế mạch. VÀ THI CÔNG 12 3.1 THIẾT KẾ CƠ KHÍ 12 3.1.1 TRẠM 1 – TRẠM PHÂN PHỐI. 12 3.1.1.1 Thiết kế Xylanh tách phôi khỏi ngăn chứa 12 3.1.1.2 Thiết kế cụm chuyển phôi sang trạm kế 14 3.1.2 TRẠM 2. dung trong Module 12 Hình 3. 2: Hình dạng xylanh tách phôi dung trong hệ thống. 12 Hình 3. 3: Thiết kế xilanh tách phôi 13 Hình 3. 4: Thiết kế ngăn chứa phôi 13 Hình 3. 5: Thiết kế cụm chuyển