Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống tự động hóa( công nghệ máy kiểm tra rãnh trên sản phẩm)

Báo cáo bài tập lớn thiết kế hệ thống tự động hóa( công nghệ máy kiểm tra rãnh trên sản phẩm)

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

( Công nghệ: máy kiểm tra rãnh trên sản phẩm )

I/ Nội dung

 Thiết kế sơ đồ nguyên lí

 Tính chọn mạch lực, mạch điều khiển

 Thiết kế sơ đồ đấu dây

 Mô phỏng sử dụng phần mềm Automation Studio bằng 3 phương pháp:

 Lưu đồ

 Ma trận trạng thái

1 Yêu cầu công nghệ

 Hệ thống trên được dùng để kiểm tra rãnh của sản phẩm đồng thời tiến hành doa lỗ cắt bavia Hệ thống hoạt động như sau: Ban đầu cả 4 xi lanh đang thu về Khi có vật cần kiểmtra được đưa lên bàn trượt thì cảm biến P phát hiện đc vật Ấn nút START xi lanh A đẩyvật ra đến vị trí gờ sau đó thu về Sau khi xi lanh A thu về thì xi lanh D đẩy M đi xuống.Khi chạm cảm biến vị trí d1 thì xi lanh B đẩy bàn ra tiến hành kiểm tra và qua doa lỗ lầnthứ nhất Khi đẩy hết hành trình thì xi lanh B dừng Thời gian đẩy của xi lanh là 3 giây.Trong 3 giây mà xi lanh B chưa đẩy hết hành trình hoặc xảy ra lỗi đầu doa bị kẹt vào lỗthì xi lanh tự động thu về và dừng lại Ấn nút SỬA CHỮA thì hệ thống tiếp tục hoạtđộng Xi lanh B đẩy hết hành trình thì xi lanh C đẩy Khi chạm cảm biến c1 thì xi lanh Bthu về doa lỗ lần thứ hai Quá trình thu về cũng diễn ra trong 3 giây Nếu gặp sự cố nhưdoa lỗ lần 1 thì xi lanh B lại đẩy ra và dừng lại Ấn nút SỬA CHỮA thì xi lanh B thu về

Xi lanh B thu về hết hành trình thì xi lanh C thu về Xi lanh D đẩy M đi lên Kết thúc 1chu trình

 Sơ đồ nguyên lí công nghệ ( Bản vẽ ở trang sau )

2 Tính toán chọn mạch lực và mạch điều khiển

2.1 Tính toán chọn mạch lực

2.1.1 Máy nén khí

 Dựa vào yêu cầu công nghệ của hệ thống như khối lượng của bàn máy, lực đẩy của các xi lanh, khả năng chịu đựng tối đa cho phép của các van khí nén điều khiển…ta tiến hành lựa chọn các loại máy nén khí phù hợp

 Theo áp suất làm việc, máy nén khí được phân loại thành:

 Máy nén khí áp suất thấp: p ≤ 15 Bar

 Máy nén khí áp suất cao: p ≥ 15 Bar

 Máy nén khí áp suất rất cao: p ≥ 300 Bar

 Theo nguyên lí hoạt động, máy nén khí được phân loại thành:

 Máy nén khí pittong, cánh gạt, trục vít, li tâm…

 Đối với bài tập lớn này em chọn loại máy nén khí áp suất thấp p ≤ 15 Bar kiểu Pittong

Hình 2.1 Máy nén khí pittong

 Để nguồn khí cấp cho hệ thống đảm bảo sạch sẽ, chống được bụi bẩn và lọc khí

ẩm ảnh hưởng đến tuổi thọ của các cơ cấu chấp hành ta sử dụng bộ chuẩn bị nguồn khí nén bao gồm 3 phần tử bộ lọc tách ẩm, van điều áp và bộ phun dầu bôi trơn

Hình 2.2 Bộ chuẩn bị nguồn

Bộ lọc và tách ẩm: Giúp lọc chất bẩn và

ngưng tụ hơi nước

Van điều áp: giữ cho áp suất điều chỉnh

không đổi mặc cho có sự dao động bất thường của áp suất đầu vào hoặc có sự thay đổi của tải trọng đáp ứng

Cung cấp dầu bôi trơn cho khí nén ở dạng sương làm các thiết bị chấp hành hoạt động trơn chu và chống gỉ

2.1.3 Đường ống cấp khí nén

 Chức năng: truyền tải dòng khí nén đến nơi tiêu thụ

Hình 2.3

Hình 2.4

2.1.4 Xi lanh kép

Hình 2.5 Xi lanh kép có cảm biến tiệm cận

 Trong cơ cấu truyền động ta sử dụng thiết bị chấp hành là xi lanh khí nén

 Các thông số của xi lanh ta chọn theo như bảng sau:

 Tính toán đường kính tiết diện xi lanh và chiều dài hành trình:

 Trước hết để tính được tiết diện xi lanh ta cần quy đổi đơn vị

1 Bar = 1Kg/cm2

 Diện tích tiết diện của xi lanh được tính theo công thức:

S = M

P = π * R2 => D = 2R = 2* √S π

– P : Áp suất khí nén (KGf/cm2)

– R : Bán kính tiết diện của xi lanh ( cm )

– D : Đường kính tiết diện của xi lanh ( cm )

 Đối với yêu cầu về thông số của hệ thống thực tế, áp dụng công thức trên ta có thể tính toán được tiết diện xi lanh cho phù hợp Do áp suất khí nén chỉ đạt 95%nên khi tính toán ta cần cộng thêm 10% tải trọng đáp ứng để thỏa mãn yêu cầu

2.1.5 Van điều khiển điện – khí nén 5/2

 Xi lanh được điều khiển bởi van điện khí nén 5/2 điều khiển hai phía có nhớ

Hình 2.6 Cấu tạo cơ khí van điện khí nén 5/2

Hình 2.7 Van điện khí nén 5/2

 Bảng thông số kĩ thuật của van lựa chọn

THÔNG SỐ KĨ THUẬT VAN 5/2 ĐIỆN KHÍ NÉN

Hình 2.8 Van tiết lưu 1 chiều

2.2 Tính toán chọn mạch điều khiển

Hình 2.9 PLC Rockwell 1769 L32E

 Module CPU

Hình 2.10 Module CPU

 Module nguồn

Hình 2.11 Module nguồn Module nguồn có tên 1769-PA2 seri A rev 3.

Thông số kĩ thuật:

 Điện áp vận hành: 85-265 VAC, 47-63 Hz

 Công suất tiêu thụ: 110 VA ở điện áp 110 VAC và 130VA ở 240 VAC

 Dòng tối đa: 2.0A ở điện áp 5V, 0.8A ở 24V

 Module truyền thông

Module này có tên DeviceNet Scanner 1769-SDN/B seri B rev

- Số node kết nối tối đa: 64

Hình 2.12 Module truyền thông

 Module vào ra

Hình 2.13 Module vào số

Hình 2.14 Module ra số

2.2.2 Lựa chọn Aptomat ( MCB ) bảo vệ PLC

 Theo thông số kĩ thuật của nguồn cấp cho PLC, Công suất tiêu thụ của PLC ở 240VAC là 130 VA nên ta tính được dòng tiêu thụ khi đó là xấp xỉ 0.8A Vậy

ta sẽ lựa chọn loại Aptomat 1 pha có dòng làm việc gấp 1.5 lần dòng làm việc của PLC => ta chọn aptomat có dòng làm việc 1.2A

2.2.3 Lựa chọn rơ le trung gian

 Ta lựa chọn rơ le trung gian đóng cắt cho các van điều khiển dựa vào các thông số sau:

 Dòng điện định mức của rơ le: là dòng điện lớn nhất cho phép rơ le làm

việc trong thời gian dài mà không bị hư hỏng Khi chọn rơ le trung gian thì dòng điện định mức của nó không được nhỏ hơn dòng định mức của phụ tải ( ở đây là dòng định mức của van khí nén )

Iđm = (1.2 ÷ 1.5 ) Itt

 Điện áp cung cấp cho cuộn hút của rơ le là mức điện áp khi đó rơ le hoạt động Điện áp này phải phù hợp với bộ điều khiển PLC nên điện áp cuộn hút là 24VDC

 Qua đó em chọn rơ le trung gian OMRON – MY4N để điều khiển hệ thống

Hình 2.15 Cấu tạo rơ le trung gian

 Các thông số của rơ le MY4N

- Điện áp cuộn dây: 24 VDC có LED hiển thị

- Thông số tiếp điểm: dòng chịu được tối đa 5A ở 28 VDC dòng chịu được tối đa 5A ở 250 VAC

Hình 2.16 Sơ đồ đấu dây trong rơ le trung gian

2.2.4 Lựa chọn cảm biến quang

 Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điềukhiển Do mạch điều khiển kết nối với PLC nên điện áp của cảm biến là24VDC

Hình 2.17 Cảm biến quang

Hình 2.18 Sơ đồ đấu dây cảm biến quang

 Các thông số của cảm biến quang được lựa chọn

 Khoảng cách phát hiện được vật: 0 – 30 cm

 Loại đầu ra NPN thường hở, 3 dây ( xanh, nâu, đen )

 Điện áp hoạt động 6 – 36 VDC

 Dòng điện đầu ra 300mA

 Môi trường làm việc: -40oC – 70oC

 Chiều dài dây: 1m

 Phát hiện các đối tượng: mờ đục…

 Tiêu chuẩn IEC 60439 được cho trong bảng sau

Bảng tiêu chuẩn chọn dây IEC 60439Range of rate current

 Bộ nguồn của PLC rockwell có công suất 110VA ở 240VAC, chịu được dòng tối đa là 2A ở 5V và 0,8A ở 24V nên chọn dây dẫn cấp nguồn nuôi cho plc qua

ap to mat là 2 x 1.5 mm2

 Chọn dây dẫn đấu đầu vào ra PLC tương tự như chọn dây cho rơ le trung gian

3 Thiết kế sơ đồ nguyên lí

3.1 Sơ đồ nguyên lí tủ điện điều khiển ( Bản vẽ ở trang tiếp theo )

3.2 Sơ đồ đấu dây cho PLC ( Bản vẽ ở trang tiếp theo )

4.1 Mô phỏng sử dụng phần mềm Automation Studio 4.1.1 Phương pháp lưu đồ

a Yêu cầu công nghệ ( đã nêu ở phần đầu tiên )

b Thiết kế lưu đồ trạng thái làm việc của hệ thống ( Bản vẽ ở trang tiếp theo )

c Liệt kê các đầu vào ra cho PLC

Bảng liệt kê các đầu vào PLC

CÁC ĐẦU VÀO

12 Local:2:I.Data11 Sua chua Sửa chữa khi hệ thống gặp lỗi

Bảng liệt kê các đầu ra PLC

CÁC ĐẦU RA

11 Local:3:O.Data10 Đèn đỏ 2 Bật khi hệ gặp sự cố 2

d Chạy mô phỏng hệ thống trên Automation Studio ( Bản vẽ ở trang sau )

( File chạy đã gửi cho thày giáo )

4.1.2 Phương pháp Ma trận trạng thái

4.1.2.1 Yêu cầu công nghệ : Như phần a mục 4.1.2

4.1.2.2 Quá trình thiết kế theo phương pháp ma trận trạng thái

a, Liệt kê biến vào ra

 Tín hiệu vào điều khiển:

 Tín hiệu khởi động hệ thống START

 Tín hiệu dừng hệ thống khẩn cấp STOP

 a0,a1,b0,b1,c0,c1,d0,d1 là các tín hiệu từ các công tắc hành trình

 Tín hiệu phát hiện vật Sensor_P

 Tín hiệu ra:

 A0, A1, B0 ,B1 ,D0, D1 là các tín hiệu ra điều khiển các xi-lanh A,B,C

và D

 Tín hiệu điều khiển các đèn báo đang RUN hoặc cảnh báo

b, Sơ đồ trang thái của các biến vào ra trong quá trình

 Để quá trình tìm các phương trình trạng thái dễ dàng hơn chúng em chỉ tìm phương trình trạng thái mô tả chuyển động chính của cơ cấu khi sản phầm không lỗi sau đó mới bổng sung thêm các hoạt động khi phát hiện lỗi

 Các biến sau khi đã tối giản:

 Biến vào: a0,a1,b0,b1,c0,c1,d0,d1

6 (6) 1 0 0 0 0 0 1 0 1

 Lập bảng chuyển dịch 1:

 Lập bảng chuyển dịch 2:

Từ bảng chuyển dịch 1, nếu ta đem ra xác định hàm điều khiển thì hàm điều khiển thu được là

không tối giản, vì thế ta phải tối thiểu hàm chuyển dịch qua hai bước:

- Nếu một trạng thái ổn định và một ô trống thì ta ưu tiên trạng thái ổn định

- Nếu một trạng thái không ổn định và một ô trống thì ta ưu tiên trạng thái không ổn định

 Nhập trạng thái tương đương:

- Sau khi đã nhập được các trạng thái theo các điều kiện ở trên, chúng ta có thể tiếp tục nhập các trạng thái còn lại cho những trạng thái tương đương, trạng thái tương đương

c c

b a

(2)

(4)

(5)

(6)

(3) (1)

Nhìn bảng trạng thái ta sẽ thấy trong bài toán này không cần biến trung gian.

 Hàm điều khiển cho các biến ra:

 Ma trận trạng thái cacno cho biến ra A0:

d d d d

c c

b a

 Hàm điều khiển biến ra A0: A0= ´d ´c ´b ´a

 Ma trận trạng thái cacno cho biến ra B0:

d d d d

c c

b a

1

 Hàm điều khiển biến ra B0: B0 = ´a ´b ´c d

 Ma trận trạng thái cacno cho biến ra C0:

d d d d

c c

b a

 Hàm điều khiển biến ra C0: C0 = b.´c

 Ma trận trạng thái cacno cho biến ra D0:

d d d d

c c

b a

 Hàm điều khiển biến ra D0: D0 = A1

 Ma trận trạng thái cacno cho biến ra A1:

d d d d

c c

b a

 Hàm điều khiển biến ra A1: A1 = a

 Ma trận trạng thái cacno cho biến ra B1:

d d d d

c c

b a

 Hàm điều khiển biến ra B1: B1 = ´a.c.b

 Ma trận trạng thái cacno cho biến ra C1:

d d d d

c c

b a

 Hàm điều khiển biến ra C1: C1 = ´a.c´b

 Ma trận trạng thái cacno cho biến ra D1:

d d d d

c c

b a

 Hàm điều khiển biến ra D1: D1= C1

Vậy, ta có hệ các hàm trạng thái cho các biến ra như sau:

 Mạch mô phỏng công nghệ trên Automation Studio 5.0 bằng ngôn ngữ Ladder :

 Sau khi đã tìm được các hàm trạng thái ta tiến hành vẽ mạch mô phỏng và bổ xung các trạng thái phụ khi xảy ra trường hợp phát hiện sản phẩm lỗi

 Chú ý:

 Mạch mô hỏng đã bổ xung thêm chức năng đếm sản phẩm đạt và lỗi sau mỗi

ca làm việc (tức là các sản phẩm đạt và lỗi sẽ đếm và lưu vào 2 biến đếm củaC5:1 và C5:2 )

 Mạch mô phỏng trên Automation Studio 5.0:

(Bản vẽ ở trang sau)

 Mô tả hoạt động của mạch mô phỏng :

 Để mạch hoạt động ta cần bấm nút Sensor_P sau đó nhấn nút START thay cho cảm biến P, hai điều kiện này làm cho xi lanh A đẩy sản phầm vào vị trí định trước sau khi đẩy xong thì A lùi về đồng thời M đi xuống sau khi M hết hành trình đi xuống thì xi lanh B tiến ra:

 Nếu trong quá trình tiến ra này, ta giảm độ mở van xuống 0 ( giả lập trường hợp B bị vướng do sản phầm không có rãnh) trong lúc này khối timer T2:1 đếm nếu quá 5s thì đèn báo lỗi bật, tất cả các xi-lanh thu về và khối đếm sản phẩm lỗi C5:2 tăng biến đếm lên 1.Tiếp theo nếu người đứng máy lấy vật ra khỏi máy, đặt vật khác vào sau đó ấn START thì máy sẽ tiếp tục chu trình kiểm tra

 Nếu trong quá trình tiến ra này, ta giữ nguyên độ mở van của 2 van tiết lưu 1

đầu trờ cho người đứng máy lấy sản phẩm ra, đặt sản phẩm mới vào và ấn nút START thì máy sẽ thực hiện kiểm tra lỗi vật đó

0 1

3 2

5 6 4

8 7

Xác định trạng thái ban đầu

Tất cả đã ở trạng thái ban đầu

Xi lanh A đang ở trạng thái đi ra

Xi lanh A đã đi ra hết Trạng thái ban đầu

Xi lanh D đang ở trạng thái đi xuống

Xi lanh A đang ở trạng thái thu về

Xi lanh D đã đi xuống hết Xi lanh A đã thu về hết

Xi lanh B đang ở trạng thái đi ra

Xi lanh B đã đi ra hết

Xi lanh C đã đi ra hết

Xi lanh C đang ở trạng thái đi ra

Xi lanh B đang ở trạng thái thu về

Xi lanh B đã thu về hết

Xi lanh C đang ở trạng thái thu về

Xi lanh D đang ở trạng thái đi lên

Xi lanh D đã đi lên hết Xi lanh C đã thu về hết

 Định nghĩa các tín hiệu điều khiển và tín hiệu ra:

Xi lanh A và các công tắc hành trình a0, a1

 A1: Tín hiệu điều khiển xi lanh A chuyển động thu về

 a0 :Tín hiệu xác định vị trí đầu của pittong trong xi lanh A

 a1 :Tín hiệu xác định vị trí cuối của pittong trong xi lanh A

 Xi lanh B và các công tắc hành trình b0, b1

 B0: Tín hiệu điều khiển xi lanh B chuyển động đi ra

 B1: Tín hiệu điều khiển xi lanh B chuyển động thu về

 b0: Tín hiệu xác định vị trí đầu của pittong trong xi lanh B

 b1: Tín hiệu xác định vị trí cuối của pittong trong xi lanh B

 Xi lanh C và các công tắc hành trình c0, c1

 C0: Tín hiệu điều khiển xi lanh C chuyển động đi ra

 C1: Tín hiệu điều khiển xi lanh C chuyển động thu về

 c0: Tín hiệu xác định vị trí đầu của pittong trong xi lanh C

 c1: Tín hiệu xác định vị trí cuối của pittong trong xi lanh C

 Xi lanh D và các công tắc hành trình d0, d1

 D0: Tín hiệu điều khiển xi lanh D chuyển động đi ra

 D1: Tín hiệu điều khiển xi lanh D chuyển động thu về

 d0: Tín hiệu xác định vị trí đầu của pittong trong xi lanh D

 d1: Tín hiệu xác định vị trí cuối của pittong trong xi lanh D

 Lập GRAFCET II:

 Lấy ví dụ quá trình chuyển trạng thái từ trạng thái 7 sang trạng thái 8 và 9 ở GRAFCET II:

 Điều kiện để ngắt trạng thái 7 và chuyển sang trạng thái 8, 9 là trạng thái 8,

9 được thực thi như hình dưới:

 Các chuyển trạng thái khác cũng thực hiện tương tự

 Sau khi chuyển ta được đoạn chương trình ladder sau:

 4.1.3.4 Mạch mô phỏng trên Automation Studio 5.0 bằng ngôn ngữ Ladder:

 Sau khi đã tìm được các hàm trạng thái ta tiến hành vẽ mạch mô phỏng và bổ xung các trạng thái phụ khi xảy ra trường hợp phát hiện sản phẩm lỗi, ta được chương trình ladder

(đã có ở bản vẽ trang sau)

 Chú ý:

 Mạch mô hỏng đã bổ xung thêm chức năng đếm sản phẩm đạt và lỗi sau mỗi

ca làm việc (tức là các sản phẩm đạt và lỗi sẽ đếm và lưu vào 2 biến đếm củaC5:1 và C5:2 )