thiết kế và thi công mô hình chiết rót đóng nắp chai tự động sử dụng PLC để điều khiển

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay,với ứng dụng khoa học kỹ thuật,thế giới có chuyển biến rõ rệt ngày tiên tiến hơn,hiện đại hơn.Sự phát triển công nghệ,đặc biệt công nghệ tự động tạo hàng loạt dây chuyền sản xuất,thiết bị máy móc đại với đặc điểm vượt trội xác cao,tốc độ nhanh,khả thích ứng,sự chuyên môn hóa….đã ứng dụng rộng rãi công nghiệp đại Công nghệ tự động hoá trở thành nghành kỹ thuật đa nhiệm vụ,nó đáp ứng đòi hỏi không ngừng nghành khác công nghiệp,xây dựng,y tế…kể nông - lâm nghiệp ngày ứng dụng nhiều thực tế đời sống hàng ngày Trong công nghiệp,trong nhà máy sản xuất nước uống đóng chai dây chuyền chiết rót đóng nắp khâu thiếu quan trọng.Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó,nhóm thiết kế thi công mô hình chiết rót đóng nắp chai tự động sử dụng PLC để điều khiển Nội dung đồ án bao gồm Chương: Chương : TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ, TÌM HIỂU VỀ PLC S7 – 200 CỦA SIEMEN VÀ DÂY CHUYỀN CHIẾT CHẤT LỎNG, ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG Chương : ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH SẢN PHẨM Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG Chương 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC S7-200 GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 5: KẾT QUẢ, PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KẾT LUẬN Với hạn chế kiến thức nên chắn đồ án không tránh khỏi thiếu sót,rất mong quý Thầy Cô bạn chân thành góp ý,xin chân thành cảm ơn LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin chân thành cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình ThS Phạm Thị Hương Sen Trong suốt trình thực đồ án cô giành nhiều thời gian tâm huyết để định hướng góp ý để chúng em hoàn thành đồ án án tốt nghiệp cách tốt Chúng em xin chân thành cảm ơn đến giúp đỡ Ban giám hiệu Trường Đại Học Điện Lực, toàn thể thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Tự Động bạn bè năm học vừa qua Với giúp đỡ nhiệt tình cho chúng em có tảng kiến thức chuyên môn để chúng em hoàn thành đồ án công việc tương lai GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP …… …… NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP …… …… MỤC LỤC GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ,TÌM HIỂU VỀ PLC S7 – 200 CỦA SIEMEN VÀ DÂY CHUYỀN CHIẾT CHẤT LỎNG, ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG………………………………….………………………8 DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống hóa trình công nghệ……………………………………9 Hình 1.2:Bộ nhớ S7-200………………………………………………………….12 Hình 1.3:Các timer, counte, hàm toán học……………………………………………………… 15 Hình 1.4 Máy chiết dịch ghép nút cao su MODEL KFG…………………………………………20 Hình 1.5 Dây chuyền xúc rửa, chiết rót, đóng nắp chai…………………………………………… 20 Hình 2.1: Giao diện chính……………………………………………………………………………….26 Hình 2.2: Tab New File cho phép bạn lựa chọn tool thiết kế………………………… 27 Hình 2.3: Thanh lệnh tool……………………………………………………………………………………….27 Hình 2.4: Menu File/Open……………………………………………………………………………… 28 Hình 2.5: Mở File có sẵn………………………………………………………………………………………29 Hình 2.6: Menu lưu File………………………………………………………………………………………….30 Hình 2.7: Lưu dẫn File…………………………………………………………………………………….30 Hình 2.8: Vẽ biên dạng 2D…………………………………………………………………………………31 Hình 2.9: Lệnh ràng buộc ………………………….……………………………………………………31 Hình 2.10: Lệnh Pattem………………………………………………………………………………………… 31 GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.11: Lệnh Modify………………………………………………………………………………………… 31 Hình 2.12: Môi trường 3D……………………………………………………………………………… 32 Hình 2.13: Lệnh Create……………………………………………………………………………………33 Hình 2.14: Hộp thoại Extrude……………………………………………………………………………33 Hình 2.15: Hộp thoại Revolve……………………………………………………………………… 34 Hình 2.16: Môi trường Assembly……………………………………………………………………… 35 Hình 2.17: Hộp thoại Place Component…………………………………………………………………….35 Hình 2.17: Hộp thoại Place Constrain………………………………………………………………….36 Hình 2.18: Bệ đỡ động cơ……………………………………………………………………………….37 Hình 2.19: Bệ đỡ mâm quay…………………………………………………………………………….37 Hình 2.20: Mâm quay…………………………………………………………………………………… 38 Hình 2.21: Thanh đỡ trục mâm quay………………………………………………………………… 38 Hình 2.22 :Thanh V đỡ động mâm quay………………………………………………………… 39 Hình 2.23 : Băng tải……………………………………………………………………………………….39 Hình 2.24: Máng đưa nút…………………………………………………………………………………40 Hình 2.25: Khung khí hệ thống……………………………………………………………………….40 Hình 3.1: Động bước mâm quay…………………………………………………………………… 42 GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.2: Bản vẽ 2D động ……………………………………………………………………….42 Hình 3.3: Mô hình băng tải………………………………………………………………………………44 Hình 3.4: Sản phẩm……………………………………………………………………………………….45 Hình 3.5: Thân băng tải………………………………………………………………………………… 46 Hình 3.6: Tang dẫn……………………………………………………………………………………… 47 Hình 3.7: Trục tang dẫn………………………………………………………………………………….47 Hình 3.8: Trục tang bị dẫn………………………………………………………………………………48 Hình 3.9: Đệm trục tang bị dẫn…………………………………………………………………………48 Hình 3.10: Dây đai ……………………………………………………………………………………… 49 Hình 3.11: Mô hình băng tải…………………………………………………………………………… 50 Hình 3.12: Xilanh…………………………………………………………………………………………………… 52 Hình 3.13: Đầu dập nút chai…………………………………………………………………………… 53 Hình 3.14: Cơ cấu đóng nút………………………………………………………………………………………53 Hình 3.16: xylanh AKS…………………………………………………………………………………………….54 Hình 3.15: Giá đỡ xilanh đưa nút……………………………………………………………………… 54 Hình 3.17: Van diện từ 5/2 Airtac…………………………………………………………………… 55 Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý……………………………………………………………………………… 56 Hình 3.19: Motor bơm nước………………………………………………………………………………57 Hình 3.20: Sản phẩm …………………………………………………………………………… 58 Hình 3.21: Van tiết lưu …………………………………………………………………………………………… 59 GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.1 sơ đồ mạch điều khiển ………………………………………………………………………………… 61 Hình 4.2 sơ đồ mạch động lực…………………………………………………………………………………… 62 Hình 5.1 khung khí……………………………………………………………………………………… 67 Hình 5.2 băng tải đưa chai……………………………………………………………………………………….68 Hình 5.3 tủ điện…………………………………………………………………………………………… 68 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ, TÌM HIỂU VỀ PLC S7 – 200 CỦA SIEMEN VÀ DÂY CHUYỀN CHIẾT CHẤT LỎNG, ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 1.1 Tổng quan tự động hóa trình công nghệ 1.1.1Khái niệm : Tự động hóa trình công nghệ hệ thống điều khiển tự động sản xuất xí nghiệp, sử dụng thiết bị tự động để xử lý thong tin, xử dụng phương tiện toán học để giải nhiệm vụ điều khiển hoạt động kinh tế, sản xuất xí nghiệp Các hệ GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP thống điều khiển hiểu hệ thống điều khiển trình sở sử dụng kỹ thuật tính, kỹ thuật tự động, kỹ thuật điều khiển, điều chỉnh để điều khiển công nghệ theo tiêu chuẩn xác định đặt trước mà người mong muốn định trình Sơ đồ tổng quan hệ thống tự động hóa trình công nghệ: Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan hệ thống hóa trình công nghệ Tùy thuộc công nghệ yêu cầu, ứng với trình công nghệ người ta xây dựng hệ điều khiển tương ứng.Việc xây dựng tùy thuộc vào tiêu chất lượng đặt Tuy nhiên nói tất hệ phải sở tảng: Có người phục vụ, thao tác điều phối giám sát Đảm bảo vấn đề thong tin, tổ chức, kỹ thuật, chương trình toán học Trong trình hoạt động hệ, khâu có quan hệ mật thiết với Con người với thiết bị tính làm nhiệm vụ đảm bảo cho hệ thống làm việc theo yêu cầu công nghệ đặt Đảm bảo toán học, chương trình xác định luật điều khiển chiến lược điều khiển cho hệ thống, thong qua thiết bị kỹ thuật để thực hóa, đảm bảo hệ thống làm việc theo yêu cầu công nghệ mong muốn 1.1.2 Chức hệ thống tự động hóa trình công nghệ - Tùy thuộc vào đặc điểm công nghệ mà chức hệ thống có đặc điểm đặc trưng khác Tuy nhiên hệ thống tự động hóa trình sản xuất ngày cố gắng hoàn thiện chức sau: Chức thong tin GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP * Thông số kỹ thuật: Xuất xứ: Trung Quốc Model: 4V110 – 06 Nhiệt độ cho phép: -20 ~700C Áp suất chịu được: 0,15 – 0,8 Mpa Van loại cửa vị trí * Nguyên lý hoạt động:Van đảo chiều 5/2 tác động trực tiếp dòng khí nén vào từ phía nòng van: van có đặc điểm nhớ vị trí hoạt động tín hiệu tác động Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 57 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Khi tín hiệu khí nén lò xo tác động đẩy nòng pittong qua bên trái, lúc nối với cửa 2, cửa nối vs cửa 5, bị chặn Van giữ vị trí làm việc cho dù tín hiệu khí nên lò xo không tác động Cho đến có tín hiệu khí nén cuộn từ tác động, nòng pittong bị đẩy qua bên phải, lúc làm cho cửa nối 4, cửa nối với cửa bị chặn Van giữ vị trí hoạt động cho dù dòng khí nén cuộn từ không tác động 3.4Tính toán lượng nước vào chai Sử dụng motor bơm nước Hình 3.19: Motor bơm nước Thông tin nhanh: Nơi xuất xứ: Trung Quốc Loại: motor bơm nước Model: ds-060817 Kích: tùy Vật liệu: PE inox Tên hàng: Motor bơm nước Tên khác: Bơm nước mini Lưu lượng: 2700ml/min GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 58 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ứng dụng: cấp nước cho động DC: 12/24v mô hình Lưu lượng nước tính công thức: Q= Trong đó: - Q: lưu lượng nước (m3/s, ml/min) - V: Thể tích (m3, l, ml) - t: thời gian (s) *Ta có sản phẩm sau: Hình 3.20: Sản phẩm Với kích thước: - chiều cao lọ 55mm, đường kính đáy 23mm - đường kính nắp chai 19mm Theo thông số Motor lưu lượng là: Q = 2700ml/min = 45ml/s Thể tích chai : V = 15ml Vậy ta có thời gian để cấp đầy nước chai thể tích 15ml: GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 59 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Vì chương trình điều khiển thời gian để Motor hoạt động 2s, lưu lượng vào chai là: Muốn điều chỉnh lưu lượng yêu cầu tính toán ta phải sử dụng van tiết lưu để giảm lưu lượng từ 45ml/s 7,5ml/s Hình 3.21: Van tiết lưu Vì chương trình điều khiển van tiết lưu thay đổi thống số nên thông số tính toán cho trường hợp định CHƯƠNG 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC S7-200 4.1 Nguyên tắc điều khiển lựa chọn thiết bị điều khiển * Nguyên lý hoạt động GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đầu tiên ấn nút khởi động: Hai băng tải cấp chai cấp nút làm việc Đồng thời động mâm quay hoạt động, quay 90 độ dừng 5s ấn nút dừng Khi mâm quay đưa chai tới vị trí cảm biến quang, tín hiệu cảm biến mức cấp tín hiệu cho bơm hoạt động vòng 3s dừng, bơm liệu vào chai Tiếp tục mâm quay lại đưa chai đến, lần cảm biến báo cho bơm hoạt động đồng thời tín hiệu cho xi lanh cấp nút đẩy nút tới vị trí đóng nắp Xi lanh cấp nút hoạt động vòng 1.5s sau nút cấp xi lanh dập nút xuống dập nút chai vào chai Quy trình hoành thành, mâm quay tiếp tục quay cấp chai đến thực chu trình Hệ thống dừng ta ấn nút stop * Bảng phân công đầu vào ra: Đầu vào Chức Đầu Chức I0.0 Nút Start Q0.0 Phát xung PTO I0.1 Nút Stop Q0.1 Băng tải cấp chai I0.2 Cảm biến cấp nước Q0.2 Băng tải cấp nút Q0.3 Động bơm Q0.4 Xi lanh đẩy nút Q0.5 Xi lanh dập nút GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.2Sơ đồ mạch điện mạch động lực 4.2.1Sơ đồ mạch điện Hình 4.1 sơ đồ mạch điều khiển 4.2.2sơ đồ mạch động lực GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 4.2 sơ đồ mạch động lực GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4.3Lập trình phần mềm V4.0 STEP MicroWIN 4.3.1Chương trình dạng LAD GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG : KẾT QUẢ, PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KẾT LUẬN 5.1 Kết số hình ảnh thực tế Hình 5.1 khung khí GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 5.2 băng tải đưa chai Hình 5.3 tủ điện GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.2 Phương hướng phát triển: Đề tài đơn giản mô hình góp phần nhỏ vào phát triển đất nước ngành ngành khí tự động hóa,và góp phần nâng cao lòng tin doanh nghiệp vào thị trường khí nước nhà Đề tài hướng phát triển cho doanh nghiệp nước mạnh dạng đầu tư nghiên cứu mạnh ngành 5.3 Kết Luận Tuy thời gian có hạn hẹp, hướng dẫn tận tình cô Phạm Thị Hương Sen với cố gắng thân người nhóm, chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp theo thời gian quy định Sau hoàn thành đồ án chúng em tìm hiểu nắm vững kiến thức PLC, loại cảm biến ứng dụng rộng rãi đa dạng nhiều lĩnh vực sản xuất Với thời gian có hạn, thiếu sót việc lần đầu bắt tay vào làm sản phẩm thực tế có khả ứng dụng thực tiễn nên khó tránh thiếu sót trình thi công mô hình hoàn tất đề tài Cuối cùng, lần chúng em xin gửi lời cảm ơn đến tất Thầy, Cô Khoa Công Nghệ Tự Động, trường Đại Học Điện Lực dạy dỗ cung cấp cho chúng em nhiều kiến thức quý báu trình chúng em học tập trường GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Lẫm, Nguyễn Trọng Hiệp – Thiết kế chi tiết máy Nhà xuất giáo dục, 1998 Trịnh Chất, Lê Văn Uyển – Tính toán thiết kế hệ dẫn động khí, Nhà xuất giáo dục, 2001 Th.S Châu Chí Đức - Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC s7-200, Nhà xuất Thành phố Hồ Chí Minh, 2005 GVHD: Cô:ThS Phạm Thị Hương Sen 71