mô hình sắp xếp hàng tự động dung plc s7 1200

Vì đây là vấn đề thực tế và cần có hướng giải quyết một cách khoa học , hợp lý, nên nhóm chúng em đã cùng nhau nghiên cứu và chế tạo ra mô hình cất xếp hàng tự động này, với mong muốn là

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây nền kinh tế thế giới nói chung và nền kinh tế Việt Nam nói riêngđang phát triển mạnh mẽ Kinh tế phát triển thì nhu cầu của con người ngày càng tăng lên nên

số lượng hàng hóa sản xuất ra càng nhiều để đáp ứng.Với số lượng hàng hóa như vậy sẽ kéo theo rất nhiều thời gian và nhân công để sắp xếp một cách trất tự, gọn gàng Vì đây là vấn đề thực tế và cần có hướng giải quyết một cách khoa học , hợp lý, nên nhóm chúng em đã cùng nhau nghiên cứu và chế tạo ra mô hình cất xếp hàng tự động này, với mong muốn là trong mộttương lai không xa nó sẽ được đưa vào ứng dụng trong thực tế ,để giảm thiểu tối đa lượng nhân công và thời gian làm việc.Bên cạnh đó sự tiến bộ trong công nghệ điện tử, tin học ngày nay thực sự là một cuộc cách mạng công nghệ trên toàn thế giới Ở nước ta kỹ thuật điện tử - tin học đã được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kỹ thuật vi xử lý Hiện nay người ta đã sản xuất ra những thiết bị có kết cấu nhỏ gọn dạng máy tính mà bên trong có chứa bộ vi xử lý và có thể lập trình được Đó chính là các thiết bị điều khiển có lập trình

"Programmable Logic Controller" viết tắt là PLC.Với kiến thức mà thầy cô giáo đã truyền đạt lại cho chúng em và qua tìm hiểu chúng em đã vận dụng hết để hoàn thành đồ án này So với quá trình điều khiển bằng mạch điện thông thường thì PLC có nhiều ưu điểm hơn hẳn, chẳng hạn như: Kết nối mạch điện đơn giản, rút ngắn được thời gian lắp đặt, dễ dàng thay đổi công nghệ nhờ việc thay đổi nội dung chương trình điều khiển, được ứng dụng trong phạm vi rộng,

độ tin cậy cao Có rất nhiều các hãng sản xuất bộ điều khiển lập trình với nhiều loại và khả năng ứng dụng khác nhau Tuy nhiên chúng em đã đi sâu vào tìm hiểu, nghiên cứu, sử dụng PLC Mitsubishi FX1N để thiết kế và điều khiển cho mô hình đồ án này

Do thời gian, trình độ cũng như kinh nghiệm còn có hạn trong trong quá trình hoàn thành

đồ án chúng em không tránh khỏi những khiếm khuyết, rất mong được các thầy cô bỏ qua và góp ý để chúng em sửa đổi Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các thầy cô trong khoa điện, các thầy cô trong nhà trường , và đặc biệt là giáo viên hướng dẫn_ thầy giáo Kim Ngọc Long Các thầy, cô đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành đồ án này

PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔ HÌNH CẤT XẾP HÀNG TỰ ĐỘNG

Với lượng hàng hóa sản xuất ra hàng loạt như vậy thì công việc sắp xếp và lưu kho sẽ rất mất thời gian và công sức.Vì vậy khi mô hình này được ứng dụng vào thực tế sẽ giải quyết được

vấn đề này một cách đáng kể.Giảm thiểu tối đa nhân công trong việc sắp xếp, hàng hóa sẽ được cất giữ gọn gàng,khoa học và dễ tìm kiếm.Mô hình được sử dụng tích hợp nhiều thiết bị điện với nhau.Người vận hành sẽ điều khiển thông qua máy tính nhờ phần mềm GT Simulator.Máy tính được kết nối trực tiếp với PLC và thông qua đó cơ cấu sẽ hoạt động theo mong muốncủa người vận hành.

Hình 1.1 hình ảnh tổng quan về mô hình

CHƯƠNG I : CÁC THÀNH PHẦN CHÍNH TRONG MÔ HÌNH

1 Programmable Logic Controller ( PLC )

Hiện nay trên thế giới PLC được sản xuất rất đa dạng về chủng loại, do các hãng sản xuất như: Mitsubishi, Omron, Siements, Fefaus, Panasonic, Rockwell, Kinco, Delta… vv.

1.2.Lịch sử phát triển của PLC.

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và yêu cầu tự động hoá trong công nghiệp ngày càng cao, công nghệ sản xuất ngày càng phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, tạo năng suấttrong lao động sản xuất Đ ể đáp ứng được yêu cầu đó lĩnh vực điều khiển cũng phát triển không ngừng để nghiên cứu và tìm ra được các phương pháp điều khiển mang tính đột phá - Trong những năm 60 điều khiển logic điện tử là các thiết b ị đóng c ắt đi ện từ như: Rơle, côngtắc tơ kết hợp với các bộ cảm biến, các đèn, công tắc Các khí cụ này nối lại với nhau theo một mạch điện cụ th ể để thực hiện một yêu cầu công nghệ nhất định Các thiết bị này được nối vĩnh viễn với nhau nên việc lắp đặt đi dây mất nhiều thời gian.Khi muốn thay đ ổi nhiệm

vụ điều khiển thì phải tháo bỏ và đi dây l ại toàn bộ.Vì vậy mà khó thay đổi công nghệ và trong sửa chữa, chiếm nhiều diện tích.Đối với những công nghệ phức tạp thì hiệu quả, độ tin cậy không cao và rất tốn kém.Tuổi thọ của thiết bị thấp - Từ những nhược điểm của việc sử dụng hệ thống điều khiển nối cứng có tiếp điểm Để khắc phục nó đến những năm 70 - 80 người ta tìm ra được các phần tử thay thế Đó là sự ra đời của điều khiển logic không tiếp điểm, là ứng dụng các thiết bị bán dẫn vi mạch OR, AND, NOT, kết hợp v ới các bộ cảm biến,các đèn, công tắc và chúng cũng được nối với nhau theo một sơ đồ công nghệ cụ thể để thựchiện một yêu cầu công nghệ nhất định So với các điều khiển nối cứng có tiếp điểm thì nó có

độ tin cậy cao hơn, hiệu quả hơn, diện tích công nghệ thu gọn hơn nhưng do các thiết bị bán dẫn thường công suất nhỏ hay bị sự cố lúc ban đầu và khó có thể thay thế Để khắc phục các nhược điểm này người ta chế tạo ra các linh kiện có công suất lớn hơn như SCR, Triac để thay thế cho các thiết bị có tiếp điểm trong mạch lực

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, thì sự ra đời của mạch vi xử lý là bộ PLC và dây cứng, đây là một ứng dụng điển hình trong những năm 90 của vi xử lý trong công nghiệp

Sự ra đời của vi xử lý PLC tạo ra một bước ngoặt cho lĩnh vực điều khiển Hiện nay ứng dụng

kĩ thuật vi xử lý và kĩ thuật số thông qua sử dụng PLC dưới nhiều hình thức chiếm đến 80% vàtrở thành xu thế mới trong điều khiển Điều này đã được chứng minh tại những nước phát triển

và đang phát triển như nước ta

1.3 Ưu điểm kỹ thuật và phạm vi ứng dụng của PLC

1.3.1 Ưu điểm kỹ thuật của PLC

Ta có thể thấy rõ các ưu điểm kỹ thuật của PLC qua bảng so sánh với các thiết bị sau:

Chỉ tiêu so sánh Rơle Mạch số Máy tính PLC

Mất thời gian thiết kế

Lập trình phức tạp và tốn thời gian

Lập trình và lắp đặt đơn giản

PLC được ứng dụng rất rộng rãi trong các hệ thống tự động bởi vì độ chính xác và tin cậy cao

và dễ dàng sử chữa, bảo dưỡng và thay thế

Dùng để điều khiển robot : ví dụ như gắp phôi từ băng tải ra bàn gia công , hoặc bỏ phôi vào băng tải , thực hiện các nhiệm vụ đóng hộp, dán tem nhãn….vv

Ngoài ra PLC còn được dùng để giám sát các quá trình trong nhà máy mạ, giay chuyền lắpráp linh kiện điện tử, day chuyền kiểm tra sản phẩm bằng các sensor, công tắc hành trình…

1.4 PLC FX1N

PLC có rất nhiều hãng cũng như PLC Mitsubishi có rất nhiều họ, nhưng trong đồ án này chúng em chỉ tập trung nghiên cứu và sử dụng PLC FX1N do các tính năng của nó phù hợp với yêu cầu của người sử dụng

H1: hình ảnh PLC FX1N

Đặc điểm:

FX1N PLC thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng14-60 I/O Tuy nhiên, khi sử dụng các module vào ra mở rộng, FX1N có thể tăng cường sốlượng I/O lên tới 128 I/O FX1N được tăng cường khả năng truyền thông, nối mạng, cho phéptham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhau như Ethernet, ProfileBus, CC-Link, CanOpen,DeviceNet,… FX1N có thể làm việc với các module analog, các bộ điều khiển nhiệt độ Đặcbiệt, FX1N PLC được tăng cường chức năng điều khiển vị trí với 6 bộ đếm tốc độ cao (tần sốtối đa 60kHz), hai bộ phát xung đầu ra với tần số điều khiển tối đa là 100kHz Điều này chophép các bộ điều khiển lập trình thuộc dòng FX1N PLC có thể cùng một lúc điều khiển mộtcách độc lập hai động cơ servo hay tham gia các bài toán điều khiển vị trí (điều khiển hai toạ

độ độc lập)

Nhìn chung, dòng FX1N PLC thích hợp cho các ứng dụng dùng trong công nghiệp chếbiến gỗ, trong các hệ thống điều khiển cửa, hệ thống máy nâng, thang máy, sản xuất xe hơi, hệthống điều hoà không khí trong các nhà kính, hệ thống xử lý nước thải, hệ thống điều khiểnmáy dệt,…

3,7  khoảng 100 µssNgôn ngữ lập

trình

Ngôn ngữ Ladder và Instruction

Có thể tạo chương trình loại SFC

Cấu hình

Vào/Ra

(I/O)

Phần cứng có tối đa 128 ngõ Vào/Ra, tùy thuộc vào người

sử dụng chọn (Phần mềm có tối đa 128 đầuvào, 128 đầu ra)

Bộ định thì

Timer (T)

100 mili giây

Khoảng định thì: 0  3276,7 giây

Số lượng: 200

Từ T0  T199

10 mili giây

Khoảng định thì: 0  327,67 giây

Số lượng: 4

T246  T249

100 mili giây duy trì

Khoảng định thì: 0  3276,7 giây

Số lượng: 6

T250  T255

Bộ đếm (C)

Thông thường 16 bit Khoảng đếm: 1 đến 32767

Số lượng: 16

Từ C0  C15Loại: bộ đếm lên 16bit

Từ C16  C199Loại: bộ đếm lên 16bit

Thông thường 32 bit Khoảng đếm: -2.147.483.648 đến 2.147.483.647

Số lượng: 20

Từ C200

 C219Loại: bộ đếm lên/xuống

32 bit

Chốt 32 bit

Khoảng đếm: -2.147.483.648 đến 2.147.483.647

Số lượng: 15

Từ C220

 C234Loại: bộ đếm lên/xuống

Từ C235

 C240

 C245

Tối đa 10kHz cho phần mềm của HSC (C237 C245, C247  C250)

2 pha: Tối đa 30kHz cho

Từ D128

 D7999Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bit

 D7999Loại: thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit

Được điều chỉnh bên ngoài Trong khoảng: 0  255Số lượng: 2

Dữ liệu chuyển từ biến trở điều chỉnh điện áp đặtngoài vào thanh ghi D8030 và D8031

Đặc biệt Số lượng: 256 (kể cả D8030, D8031)

Từ D8000

 D8255Loại: thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit

Từ V0  V7 và Z0

 Z7Loại: thanh ghi

dữ liệu 16 bit

=1, kích cạnh xuống

(H)

16 bit: 0000 đến FFFF

32 bit: 00000000 đếnFFFFFFFF

1 Các loại FX1N:

Nguồn AC, đầu vào 24 VDC

FX1N

Tổng các ngõ

ES/UL

Rơ le

90 × 75 ×90FX1N-24MT-

DSS

Transistor(Source)FX1N-24MR-

Rơ le

90 × 75 ×90FX1N-24MT-

DSS

Transistor(Source)FX1N-40MR-

DS

Rơ le

130 × 75 ×90FX1N-40MT-

2 Nguồn ( nguồn 24V, nguồn 12V , nguồn 5V)

Nguồn điện sử dụng trong ngành điện nói chung và tự động hóa nói riêng rất phong phú và đa dạng Tuy nhiên trong mô hình này chúng em chỉ sử dụng các nguồn 24V, nguồn 12V và nguồn 5V.Tùy vào mỗi mục đích khác nhau mà sử dụng các nguồn có giá trị khác nhau

• Cách thức hoạt động của Bộ nguồn?

• Bộ nguồn được cấu tạo từ các bộ phận điện tử giúp chuyển đổi điện áp vào thành điện

áp ra mong muốn cần thiết cho các thiết bị tải

• Thay vì cố gắng tìm hiểu tất cả các bộ phận điện tử bên trong bộ nguồn, sẽ đơn giản hơn nhiều khi tìm hiểu các giai đoạn diễn ra bên trong bộ nguồn

• Về cơ bản có 3 giai đoạn diễn ra:

 Biến đổi

• Bộ nguồn có chứa các thiết bị có tên là máy

biến thế Chúng ta đã tìm hiểu trước đó rằng

máy biến thế nhận điện áp cao ở phần chính

và sau đó xuất ra điện áp thấp hơn ở phần phụ

• Hình bên phải là một máy biến thế và một

biểu tượng được dùng để biểu thị máy biến thế

• Bộ nguồn có chứa các thiết bị có tên là bộ chỉnh

lưu giúp chuyển đổi điện áp xoay chiều hành

điện áp một chiều Việc này được thực hiện bằng

cách sử dụng các thiết bị điện tử có tên là đi-ốt

chỉ cho phép dòng điện chuyển động theo một

hướng

 Do đó, thiết bị này chỉ cho phép dòng điện chạy

qua nếu điện tích được phân cực đúng Bằng

cách sắp xếp các bộ phận này theo một kiểu nhất định, chúng ta có thể hướng các electron để thay đổi hướng chuyển động thành dòng điện một chiều.

 Như chúng ta có thể thấy trong hình, điện áp xoay chiều vào mạch chỉnh lưu từ phía bên trái và thoát khỏi mạch là một chiều ở phía bên phải

 Người sử dụng không thể điều chỉnh gì các bộ phận này, vì vậy chúng ta không cần phải hiểu rõ nguyên nhân, mà chỉ cần biết có hiện tượng đó

 Điều phối

• Tín hiệu xuất ra từ quá trình chỉnh

lưu không đủ tốt để cấp điện cho

các thiết bị điện tử nhạy cảm Nhiễu

H.b Hình ảnh nguồn 24.

Rơle

Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầuvào đạt những giá trị xác định Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển,bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực

Hình 2.1 Rơle trung gian kiểu chân cắm

Rơle trung gian được dùng rất nhiều trong các hệ thống bảo vệ điện, trong các hệ thốngđiều khiển tự động Do có số lượng tiếp điểm lớn 4-6 tiếp điểm, vừa thường đóng vừa thường

mở Rơle trung gian được sử dụng khi khả năng đóng ngắt của tiếp điểm của rơle chính không

đủ, hoặc chia tín hiệu từ rơle chính đến nhiều bộ phận khác nhau của sơ đồ mạch điện điềukhiển Trong các bảng mạch điều khiển dùng linh kiện điều khiển, rơle trung gian thường đượcdùng làm phần tử đầu ra để truyền tín hiệu cho các bộ phận mạch phía sau, đồng thời cách lyđiện áp khác nhau giữa phần điều khiển thường là điện áp thấp 1 chiều(5V , 10V, 12V , 24V)với phần chấp hành thường là điện áp lớn xoay chiều(220V , 380V)

* Cấu tạo:

+ Mạch từ: gồm mạch từ tĩnh và mạch từ động làm bằng vật liệu sắt từ(sát non, thép kĩthuật điện)

+ Cuộn hút: cuộn dây điện từ( day emay, dây cô tong) được cuốn quanh mạch tù tĩnh + Các cặp tiếp điểm cơ khí gắn trên mạch từ tĩnh và động ( có cách điện với mạch từ) + lò xo phản kháng

* Nguyên lý hoạt động:

Khi cấp năng lượng điện đủ ngưỡng (1 chiều, xoay chiều) vào cuộn hút, lực điện từ xuấthiện thắng lực lò xo làm cho mạch từ động được hút chặt vào mạch từ tĩnh do đó làm thay đổitrạng thái của các cặp tiếp điểm cơ khí( tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra, tiếp điểm thường mở

sẽ đóng vào) Khi cắt nguồn vào cuộn hút, lực lò xo chuyển tiếp điểm về trạng thái ban đầu

* Những chú ý khi chọn Rơle trung gian

+ Điện áp hoạt động lớn nhất : DC_24V

+ Dòng điện làm việc Ilv = 5A nhỏ

+ Kết cấu sử dụng đơn giản

+ Công suất ngắt của hệ thống tiếp điểm là đủ lớn

+ Độ bền cơ, độ bền điện của cặp tiếp điểm

+ Số lượng cặp tiếp điểm phù hợp với nhu cầu sử dụng

2.2 Cảm biến quang

Hình 2.5 Cảm biến quang

Cảm biến quang được dùng rất lâu, bao gồm một nguồn phát quang và một bộthu quang Nguồn quang sử dụng LED hoặc LASER phát ra ánh sáng thấy hoặckhông thấy tùy theo bước sóng Bộ thu quang sử dụng diode hoặc transistor quang Ta đặt bộthu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật xuấthiện Sơ đồ sử dụng cảm biến quang cho trên hình 2.6

Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý cảm biến quang

Ánh sáng do LED phát ra được hội tụ qua thấu kính Ở phần thu ánh sáng từ thấu kính tácđộng đến transistor thu quang Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ không tác động đến bộthu được Sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng trong phòng Ánhsáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần số mạch dao động Phương pháp sử dụng mạchdao động làm cho cảm biến thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suất.

2.3 Động cơ điện

Động cơ điện là nguồn động lực chủ yếu ở các loại máy Động cơ điện chia thành nhiều

loại :

+ Theo số pha : động cơ điện 1 pha, 2 pha, 3 pha

+ Theo tốc độ quay : động cơ đồng bộ, động cơ không đồng bộ

+ Theo loại điện áp : động cơ xoay chiều , động cơ 1 chiều

+Theo dây quấn : động cơ roto lồng sóc ( động cơ lồng sóc ), động cơ roto quấn dây( động cơ dây quấn)

2.3.1 Động cơ điện một chiều

Đây là phần đứng yên của máy, bao gồm các bộ phận chính sau:

- Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồngngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép cacbon dày0,5 đến 1mm ép lại và tán chặt Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng thép khối Cực từ đượcgắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cáchđiện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khiđặt trên các cực từ Các cuộn dây kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

- Cực từ phụ: Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều.Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt dây quấn mà

- Gông từ: Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trongđộng cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại Trong máy điện lớn thườngdùng thép đúc Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ máy.

- Các bộ phận khác:

+ Nắp máy: Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây quấn và antoàn cho người khỏi chạm vào điện Trong máy điện nhỏ và vừa nắp máy còn có tác dụng làmgiá đỡ ổ bi Trong trường hợp này nắp máy thường làm bằng gang

+ Cơ cấu chổi than: Để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài Cơ cấu chổi than bao gồm

có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp Hộp chổi than được cốđịnh trên giá chổi than và cách điện với giá Giá chổi than có thể quay được để điều chỉnh vịtrí chổi than cho đúng chỗ Sau khi điều chỉnh xong thì dùng vít cố định lại

b) Phần quay hay rôto:

Bao gồm những bộ phận chính sau:

- Lõi sắt phần ứng: Dùng để dẫn từ Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mmphủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây nên Trên

lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì đặt dây quấn vào

+ Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió để khi ép lạthành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục

+ Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn nhỏ, giữanhững đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió Khi máy làm việc gió thổi qua cáckhe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt

+ Trong động cơ điện một chiều nhỏ, lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào trục Trongđộng cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto Dùng giá rôto có thể tiết kiệm thép kỹthuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto

- Dây quấn phần ứng:

Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua Dâyquấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong máy điện nhỏ có công suấtdưới vài kW thường dùng dây có tiết diện tròn Trong máy điện vừa và lớn thường dùng dâytiết diện chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép Để tránh khi quay

bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè chặt hoặc đai chặt dây quấn Nên cóthể làm bằng tre, gỗ hay bakelit

- Cổ góp : Dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều Cổ góp gồm nhiềuphiến đồng được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến 1,2mm và hợp thành