Nghiên cứu điều khiển băng chuyền phân loại mạch in trong dây chuyền sản xuất mạch in điện tử

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ   KHUẤT ĐƢ́C DƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI MẠCH IN TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT MẠCH IN ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ HỌC KỸ THUẬT Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ   KHUẤT ĐƢ́C DƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI MẠCH IN TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT MẠCH IN ĐIỆN TỬ NGÀNH: CƠ HỌC KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: CƠ HỌC KỸ THUẬT MÃ SỐ: 60.52.01.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ HỌC KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Pha ̣m Ma ̣nh Thắ ng Hà Nội - 2015 MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÂY CHUYỀN PHÂN LOẠI MẠCH IN VÀ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 1.1 Xây dựng mô hình dây chuyền phân loại mạch in 1.1.1 Mô hiǹ h dây chuyề n 1.1.2 Các chức chính 1.2 Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của băng chuyề n 1.3 Mục tiêu kỹ thuật hệ thống 1.4 Cấ u hin ̀ h chung bô ̣ điề u khiể n PLC 1.4.1 Cấu trúc PLC (Programmable Logic Controller - gọi tắt PLC): 1.4.2 Hoạt động PLC 1.4.3 Các bit đầu vào PLC các tín hiệu điện bên 1.4.4 Các bit đầu PLC các thiết bị điện bên 1.4.5 Các địa nhớ CP1L/1H 1.5 Màn hình cảm ứng Graphic Panel SBD0 giao thức truyền thông 1.5.1 Đặc điểm: GP 2480 SBD0 1.5.2 Kích thƣớc 1.5.3 Thông số kỹ thuật 1.5.4 Mô tả các phần 12 1.5.5 Giới thiệu giao thức truyền thông nối tiếp 13 1.5.6 Chuẩn giao tiếp RS232 13 1.5.7 Chuẩn giao tiếp RS485 16 1.6 Động AC servo 17 1.6.1 Cấu tạo 17 1.6.2 Nguyên lý hoạt động 19 1.6.3 Các đặc tính động servo 19 1.7 Động bƣớc 21 1.7.1 Cấu tạo 21 1.7.2 Nguyên lý hoạt động 21 1.8 Cảm biến quang điê ̣n 22 1.8.1 Đặc điểm 22 1.8.2 Thông số kỹ thuâ ̣t 22 1.8.3 Sơ đồ ngõ điề u khiể n 24 CHƢƠNG 2: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG .25 2.1 Giới thiệu băng truyền 26 2.2 Sơ đồ khối phần cứng hệ thống dây chuyền phân loại mạch in 27 2.3 Nguyên tác hoạt động 28 2.4 Các thành phần hệ thống dây chuyền phân loại mạch in 31 2.4.1 PLC Panasonic FP0R 31 2.4.2 Driver động AC servo 32 2.4.3 Driver động bƣớc 33 2.4.4 Màn hình điều khiển 34 2.4.5 Cảm biến 35 2.4.6 Khối nguồn 35 2.4.7 Sơ đồ kết nối phần cứng 37 CHƢƠNG 3: PHẦN MỀM VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HÊ ̣ THỐNG 43 3.1 Điều khiển động bƣớc 43 3.1.1 Sơ đồ điều khiển 43 3.1.2 Một số hàm điều khiển 43 3.2 Điều khiển động servo 47 3.2.1 Sơ đồ điều khiển 47 3.2.2 Các hàm sử dụng chƣơng trình 47 3.3 Đầu vào PLC FP0R 48 3.3.1 Đầu vào PLC 48 3.4 Lập trình hình cảm ứng Graphic Panel SBD0 50 3.4.1 Giới thiệu phần mềm lập trình GP Editor 50 3.4 Chƣơng trình điều khiển 56 3.5 Lƣu đồ giải thuật điều khiển hệ thống 59 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ ĐA ̣T ĐƢỢC 60 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Mô hình dây chuyề n Hình 1.2 Nguyên lý ghép kết hợp sản suất Hình 1.3 Nguyên lý kiể m tra lỗi ma ̣ch in Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc PLC Hình 1.5 Lƣu đồ thƣ̣c hiê ̣n PLC Hình1.6 Các bít đầu vào Hình 1.7 Các bit đầu thiết bị điện bên Hình 1.8 Ký hiệu địa dạng Bit Hình 1.9 Kích thƣớc Graphic Panel SBD0 Hình 1.10 Mô tả các phần Graphic Panel SBD0 12 Hình 1.11 Cổng giao tiếp RS 232 13 Hình 1.12 Sơ đồ chân cable tín hiệu RS232 15 Hình 1.13 Hình ảnh động AC servo đƣợc bán thị trƣờng 17 Hình 1.14 Stator động servo 18 Hình 1.15 Encoder tuyệt đối 18 Hình 1.16 Encoder loại số gia 19 Hình 1.17 Nguyên lý hoạt động động servo 19 Hình 1.18 Cấu tạo động bƣớc 21 Hình 1.19 Điều khiển động bƣớc xung 22 Hình 1.20 Sơ đồ điề u khiể n ngõ 24 Hình 1.21 Sơ đồ kế t nố i 25 Hình 1.22 Chế đô ̣ hoa ̣t đô ̣ng 25 Hình 2.1 Nguyên lý ghép dòng mạch in 32 Hình 2.2 Nguyên lý kiểm tra lỗi mạch in 27 Hình 2.3 Sơ đồ điều khiển băng chuyền 27 Hình 2.4 Chế độ điều khiển tay 29 Hình 2.5 Chế đô ̣ tƣ̣ đô ̣ng 29 Hình 2.6 Lƣu đồ giải thuật điều khiển 30 Hình 2.7 PLC FP0R – C32 CT 31 Hình 2.8 Động driver servo sử dụng băng chuyền 32 Hình 2.9 Động bƣớc pha AH8K 33 Hình 2.10 Driver động bƣớc ngũ giác KR-5MC 33 Hình 2.11 Màn hình điều khiển GP-2480 34 Hình 2.12 Cảm biến quang sử dụng băng chuyền 35 Hình 2.13 Sơ đồ khối nguồn 36 Hình 2.14 Sơ đồ lắp đặt khối nguồn 37 Hình 2.15 Rơ-le chân 37 Hình 2.16 Rơ-le 14 chân 38 Hình 2.17 Rơ-le cách ly 38 Hình 2.18 Sơ đồ kết nối driver secvo 39 Hình 2.19 Servo CN X5 - PLC Error! Bookmark not defined Hình 2.21 Kết nối step driver KR – 5MC 41 Hình 2.22 Kế t nố i PLC 42 Hình 3.1 Sơ đồ điề u khiể n 43 Hình3.2 Hàm đếm tốc độ cao F166 44 Hình 3.3 Hàm phát xung 44 Hình 3.4 Hàm phát xung PWM F170 45 Hình 3.5 Biểu đồ thời gian hàm Timer 45 Hình 3.6 Ví dụ hàm Timer 46 Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển băng chuyền 47 Hình 3.8 Code điều khiển 50 Hình 3.9 Khởi tạo Project 51 Hình 3.10 Thiết lập loại PLC 52 Hình 3.11 Thiết lập các tham số 53 Hình 3.12 Màn hình khởi động GP Editor 54 Hình 3.13 Kết nối GP với máy tính 55 Hình 3.14 Khai báo cổng truyền thông nối tiếp 56 Hình 3.15 Khai báo tốc độ truyền liệu bit 57 Hình 3.16 Quá trình truyền tải liệu 58 Hình 3.17 Màn hình GP sau nạp code 58 Hình 3.18 Lƣu đồ giải thuâ ̣t 59 Hình 4.1 Sơ đồ tổ ng thể ma ̣ch điề u khiể n 61 Hình 4.2 Driver đô ̣ng Servo driver động bƣớc 61 Hình 4.3 Thiế t bi ̣băng chuyề n 62 Danh mục bảng biểu Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật Graphic Panel SBD0 Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật Graphic Panel SBD0 Bảng 2.3 Chức các chân cổng COM 15 Bảng 2.4 Các thông số RS485 16 Bảng 3.1 Tham số hàm Timer 46 Bảng 3.2 Các hàm sử dụng chƣơng trình 48 DANH MỤC KÝ HIỆU – VIẾT TẮT Ký hiệu Ý nghĩa PLC Bộ điều khiển logic lập trình – Programable logic controller PCB GP Mạch in – Printed Circuit Board Graphic Panel LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên, em xin gửi lời tri ân sâu sắc tới thầy giáo hƣớng dẫn PGS TS Phạm Mạnh Thắng, thầy không quản khó khăn vất vả, tận tình bảo, giúp đỡ em hoàn thành luận văn Em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô môn nhiệt tình hƣớng dẫn giúp đỡ em quá trình làm luận văn Em xin chân thành cảm ơn quan tâm nhà trƣờng các thầy cô khoa Cơ học kỹ thuật Tự động hóa tận tình dìu dắt, tạo điều kiện tốt cho chúng em suốt thời gian học tập trƣờng Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè ủng hộ, động viên giúp em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 14 tháng 05 năm 2014 Sinh viên Khuất Đức Dƣơng LỜI CAM ĐOAN Luâ ̣n văn tốt nghiệp kết quả, kiến thức mà em thu nhận đƣợc quá trình rèn luyện, học tập trƣờng Em xin cam đoan luâ ̣n văn đƣợc hoàn thành quá trình học tập, nghiên cứu, tích lũy nỗ lực thân em Trong luâ ̣n văn em có sử dụng số tài liệu, datasheet số trang web đƣợc đƣa phần Tài liệu tham khảo Hà Nội, ngày 15 tháng 03 năm 2015 Sinh viên Khuấ t Đƣ́c Dƣơng 58 Hình 3.16 Quá trình truyền tải liệu Kết quả: Hình 3.17 Màn hình GP sau nạp code 59 3.5 Lƣu đồ giải thuật điều khiển hệ thống Start Động Servo hoạt động, di chuyển băng chuyền vị trí mặc định sẵn sàng nhận PCB Sẵn sàng nhận PCB sai Đúng Động AC hoạt động nhận PCB PCB không lỗi Đúng Gửi yêu cầu tới dây chuyền phía sau Có tín hiệu sẵn sàng nhận PCB Đúng Quay động AC, nhận PCB Di chuyển PCB Hình 3.18 Lƣu đồ giải thuâ ̣t sai Di chuyển băng chuyền đến hàng sau Gửi yêu cầu tới dây chuyền phía sau 60 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ ĐA ̣T ĐƢỢC Trong quá trình thực luận văn NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI MẠCH IN TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT MẠCH IN ĐIỆN TỬ, luận văn đạt đƣợc các kết sau: Nghiên cƣ́u đă ̣c tiń h kỹ thuâ ̣t mô ̣t số loa ̣i băng chuyề n phân loa ̣i ma ̣ch in điề u khiể n phân loa ̣i ma ̣ch in và đã n ắm đƣợc cấu trúc số loại băng chuyề n cũng nhƣ nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng Tƣ̀ đó xây dƣ̣ng đinh ̣ hƣớng mô hin ̀ h băng chuyề n sƣ̉ du ̣ng luâ ̣n văn của mình bản gồ m chƣ́c Ghép dòng mạch in phân loại mạch in Nghiên cƣ́u cấ u hiǹ h các loa ̣i PLC của Panssonic và phầ n mề m lâ ̣p trin ̀ h FPWin Pro sƣ̉ du ̣ng lâ ̣p trình điề u khiể n các cấ u chấ p hành thiế t bi ̣băng chuyề n Nắ m đƣơ ̣c các chƣ́c bản của PLC FP 0R – C32 CT về cấ u trúc, sơ đồ kế t nố i, ngõ vào PLC số lệnh sử dụng điều khiển động , xƣ̉ lý tin ́ hiê ̣u của cảm biế n Nghiên cƣ́u đă ̣c tiń h kỹ thuâ ̣t , nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của đô ̣ng bƣớc , đô ̣ng servo và driver các động đƣợc sử dụng thiết bị băng chuyền đề tài ứng dụng để điều khiển vị trí tốc độ băng chuyền Nghiên cƣ́u đă ̣c tiń h nghiên lý hoa ̣t đô ̣ng của mô ̣t số loa ̣i cảm biế n quang sƣ̉ dụng luận v ăn nhằ m xác đinh ̣ vi ̣trí của thiế t bi ̣băng chuyề n sƣ̉ du ̣ng dây chuyề n phân loa ̣i ma ̣ch in PCB Nghiên cƣ́u đă ̣c tính kỹ thuâ ̣t , nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng màn hình cảm ƣ́ng Graphic Panel SBD giao thức truyền thông ngƣời máy Tín hiệu vào hình cảm ứng lập tr ình giao diện sử dụng cho mà n hình Graphic Panel SBD giao tiế p ngƣời dây chuyền sản x uấ t ma ̣ch in Màn hình Graphic Panel SBD giao tiế p trƣ̣c tiế p với ngƣời để gƣ̉i các mã lệnh tín hiệu điều khiển nhƣ hiển thị tình trạng thiết bị băng chuyền Thiế t kế chế ta ̣o phầ n cƣ́ng của thiế t bi ̣băng chuyề n sản x uấ t ma ̣ch in, khố i nguồ n, công tắ c sơ đồ kế t nố i tín hiê ̣u tƣ̀ đô ̣ng cơ, driver và bô ̣ xƣ̉ lý PLC Xây dƣ̣ng thành công phầ n mề m điề u khiể n cho PLC điề u khiể n các đô ̣ng servo, đô ̣ng bƣớc và xƣ̉ lý tiń hiê ̣u tƣ̀ cảm biế n quang Kế t hơ ̣p với modul truyề n thông và màn hình điề u khiể n … Màn hình cảm ứng đƣợc sử dụng rộng dãi giao tiế p ngƣời và máy hiê ̣n đă ̣c biê ̣t công nghiê ̣p nhằ m mang la ̣i sƣ̣ thuâ ̣n tiê ̣n, hiê ̣u quả cao giao tiế p ngƣời và thiế t bi ̣công nghiê ̣p Băng chuyền hoạt động tốt hai chế độ tự động bẳng tay 61 Hình 4.1 Sơ đồ tổ ng thể ma ̣ch điề u khiể n Hình 4.2 Driver đô ̣ng Servo và driver đô ̣ng bƣớc 62 Hình 4.3 Thiế t bi ̣băng chuyề n 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đoàn Hiệp, Điểu khiển động bƣớc, Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh năm 2010 [2] Phạm Mạnh Thắng, Hoàng Văn Mạnh, Vũ Thị Thùy Anh, Lập trình PLC theo ngôn ngữ bậc thang, nhà xuất khoa học tự nhiên công nghệ năm 2013, chƣơng [3] Mô ̣t số đồ án tố t nghiê ̣p của sinh viên thầ y PGS TS Pha ̣m Ma ̣nh Thắ ng hƣớng dẫn Trang Web [4] http://nhanhoanghia.com.vn/tin-tuc/hmi-la-gi.html [5] http://www.dientuvietnam.net/forums/lap-trinh-plc-va-ung-dung-65/ Tiếng Anh [6] GP Series User Manual [7] PANASONIC – FP0R manual v2, tr.15-24 [8] 5_Phase_Stepping_Motor_Driver 64 PHỤ LỤC CODE CHƢƠNG TRÌNH 65 66 67 68 69 70 56 71 72 [...]... dây chuyền chai lo tuy nhiên trong sản xuất mạch in băng chuyền đƣợc sử dụng với hai mục đích cụ thể: Kết hợp hoặc tách sản phẩm mạch in trong sản xuất mạch in nhằm đạt hiệu quả và năng suất cao trong sản xuất mạch in Có thể kết hợp với máy kiểm tra mạch in tự động để phân loại các mạch in bị lỗi hoặc không bị lỗi và đƣa các mạch in lỗi về phân vùng sửa chữa hoặc loại bỏ PCB PCB Kiểm tra lỗi mạch. .. phát triển các sản phẩm điện tử- cơ điện tử Việt Nam là một giải pháp đúng cho các cơ sở nghiên cứu, các phòng thí nghiệm, hay các đơn vị sản suất mạch in trong nƣớc Suất phát từ những yêu cầu thực tế nhƣ vậy đề tài đặt ra mục tiêu: “NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI MẠCH IN TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT MẠCH IN ĐIỆN TỬ” Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết: Nghiên cứu cấu hình vi... Kết hợp hoặc tách sản phẩm mạch in trong sản xuất mạch in nhằm đạt hiệu và năng suất cao trong sản xuất mạch in Có thể kết hợp với máy kiểm tra mạch in tự động để phân loại các mạch in bị lỗi hoặc không bị lỗi và đƣa các mạch in lỗi về phân vùng sửa chữa hoặc loại bỏ Sơ đồ nguyên lý vận hành các chức năng của dây chuyền: PCB PCB Máy kiểm tra lỗi Máy hàn linh kiện Băng chuyền Sản phẩm PCB Máy kiểm... của nền kinh tế nƣớc ta đã đặt ra một vấn đề thời sự và cấp bách Đó là việc nghiên cứu, chế tạo các sản phẩm điện tử- cơ điện tử mang thƣơng hiệu Việt Nam nhằm từng bƣớc thay thế các sản phẩm nhập ngoại Trong quá trình thiết kế và phát triển các sản phẩm điện tử- cơ điện tử, các cơ sở nghiên cứu đang phải đối mặt với nhiều khó khăn và một trong số đó là việc sản xuất mạch in cho các sản phẩm... hoặc loại bỏ PCB PCB Kiểm tra lỗi mạch in Máy hàn linh kiện Băng chuyển Sản phẩm PCB Kiểm tra lỗi mạch in Máy hàn linh kiện Hình 1.2 Nguyên lý ghép kết hợp sản xuất 4 PCB Băng chuyền Mạch lỗi Loại PCB Máy kiểm tra lỗi Sản phẩm Máy hàn linh kiện Tốt Hình 1.3 Nguyên lý kiể m tra lỗi ma ̣ch in 1.2 Nguyên lý hoa ̣t đô ̣ng của băng chuyề n Băng chuyền nhâ ̣n tiń hiê ̣u điề u khiể n tƣ̀ khố i xƣ̉... CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN 1.1 Xây dựng mô hình dây chuyền phân loại mạch in Những năm gần đây cùng sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế nƣớc ta đã đặt ra một vấn đề thời sự và cấp bách Đó là việc nghiên cứu, chế tạo các sản phẩm điện tử- cơ điện tử mang thƣơng hiệu Việt Nam nhằm từng bƣớc thay thế các sản phẩm nhập ngoại và đặc biệt các sản phẩm côn g nghê ̣ cao , sản phẩm thông minh , tƣ̣ đô ̣ng... nhƣ sản phẩm công nghệ cao về cơ điện tử thì ngành công nghiệp sản xuất mạch in PCB đang phát triển mạch mẽ cùng với nhu cầu nhƣ vậy đề tài đặt ra một số mục tiều về kỹ thuật: Lựa chọn động cơ servo và động cơ bƣớc phù hợp Xây dựng phần mềm điều khiển PLC trong băng chuyền Thiết kế thành công phần cứng hệ thống Chế tạo thành công sản phẩm băng chuyền phân loại mạch in với hai chế độ tự động và chế... chính là các sản phẩm thử nghiệm chỉ mang tính chất đơn chiếc và thƣờng phải thay đổi trong thiết kế trong khi yêu cầu về chất lƣợng mạch in vẫn phải đƣợc đảm bảo Với dây chuyền sản xuất mạch in quy mô phòng thí nghiệm, những yêu cầu đặt ra cho sản phẩm thử nghiệm sẽ hoàn toàn đƣợc đáp ứng Không những thế, với chi phí đầu tƣ ban đầu không lớn, việc ứng dụng dây chuyền sản xuất mạch in trong thực... và 0V cho trạng thái ổn định trong trƣờng hợp chế độ Light ON 25 Hình 1.21 Sơ đồ kế t nố i Hình 1.22 Chế đô ̣ hoa ̣t đô ̣ng 26 CHƢƠNG 2: CẤU TRÚC PHẦN CỨNG CỦA HỆ THỐNG 2.1 Giới thiệu về băng chuyền Trong ngành công nghiệp sản xuất hiện nay băng truyền đƣợc sử dụng rất rộng dãi, các dây chuyền đóng bao bì, dây chuyền chai lo tuy nhiên trong sản xuất mạch in băng chuyền đƣợc sử dụng với hai mục... điều khiển : Có nhiê ̣m vu ̣ giao tiế p giƣ̃a con ngƣời và hê ̣ thố ng dễ dàng hơn Từ màn hình điều khiển con ngƣời đƣa các tín hiệu điều khiể n, hiển thi ̣chế đô ̣ làm việc của hệ thống Băng chuyề n: Có chức năng vận chuyển mạch in PCB theo tín hiệu từ khối vi xử lý 1.1.2 Các chức năng chính Trong ngành công nghiệp sản xuất hiện nay băng chuyền đƣợc sử dụng rất rộng rãi, các dây chuyền ... nhƣ đề tài đặt mục tiêu: “NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI MẠCH IN TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT MẠCH IN ĐIỆN TỬ” Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: Nghiên cứu cấu hình vi xử lý PLC... sản phẩm mạch in sản xuất mạch in nhằm đạt hiệu suất cao sản xuất mạch in Có thể kết hợp với máy kiểm tra mạch in tự động để phân loại các mạch in bị lỗi không bị lỗi đƣa các mạch in lỗi phân. .. sản phẩm mạch in sản xuất mạch in nhằm đạt hiệu suất cao sản xuất mạch in Có thể kết hợp với máy kiểm tra mạch in tự động để phân loại các mạch in bị lỗi không bị lỗi đƣa các mạch in lỗi phân