Đề Tài Hệ Thống Vô Nước Và Đóng Nắp Chai Tự Động (Kèm File PLC + Mach Orcad)

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ    ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI : GVHD : Ths Trần Văn Trinh TP Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 01 năm 2010 MỤC LỤC Chương I : Lý thuyết thành phần liên quan 1 Động DC 1.1 Cấu tạo 1.2 Nguyên lý hoạt động 1.3 Điều khiển tốc độ động DC Băng tải .4 2.1 Cách lắp đặt vận hành băng chuyền tải 2.2 Nguyên tắc kiểm tra băng tải tốt xấu 2.3 Các loại băng tải 2.3.1 Băng tải bố NN 2.3.2 Băng tải lăng 2.3.3 Băng tải cáp thép 2.3.4 Băng tải bố EP .9 2.4 Tỷ lệ truyền băng tải Encoder .10 3.1 Cấu tạo Encoder .10 3.2 Nguyên lý 12 Các phần tử khí nén 12 4.1 Máy nén khí .12 4.2 Bình trích chứa khí nén 13 4.3 Mạng đường ống dẫn khí nén 13 4.4 Van đảo chiều 13 4.5 Van tiết lưu 19 4.6 Cơ cấu chấp hành .20 4.6.1 Nhiệm vụ 20 4.6.2 Xi lanh 20 Động bước 21 5.1 Các đặc tính 21 5.2 Ưu điểm động bước 22 5.3 Nhược điểm động bước 23 5.4 Phân loại động bước 24 5.5 Cấu tạo chung đông bước .24 5.6 Nguyên tắc hoạt động 25 6.Cảm Biến 27 6.1 Các khái niệm cảm biến 27 6.1.1.Phần tử nhạy 27 6.1.2.Chuyển đổi đo lường .27 6.2 Cảm biến đo lường 28 6.2.1 Phân loại cảm biến theo đại lượng vào .28 6.2.2 Phân loại theo tính chất vật lý 28 6.2.3 Phân loại theo tính chất nguồn điện .28 6.2.3 Phân loại theo phương pháp đo 29 6.3 Cảm biến quang .29 6.3.1 Khái niệm ánh sang .29 6.3.2.Cảm biến quang điện 31 6.3.3.Photo Diot .32 6.3.4 Photo transitor 34 6.3.5.Cảm biến phát xạ ( Tế bào quang điện) 35 6.4 Cảm biến điện từ 38 6.4.1.Khái niệm 38 6.4.2.Ứng dụng cảm biến điện cảm vả cảm biến hỗ cảm 40 Khái quát họ PLC S7-200 Siemens .41 7.1 Giới thiệu PLC .41 7.2 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động PLC S7-200, CPU 224 42 7.2.1 Cấu trúc 42 7.2.2 Nguyên lý hoạt động .43 7.3 High Speed Counter (HSC) 45 7.3.1 Mode 0,1,2 45 7.3.2 Mode 3,4,5 46 7.3.3 Mode 6,7,8 46 7.3.4 Mode 9,10,11 .47 7.3.5 Mode 12 .48 7.4 Xuất xung tốc độ cao (PWM,PTO) 51 7.4.1 Điều rộng xung 50% (PTO) 51 7.4.2 Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM) 52 Chương II : Thiết kế thi công 55 1.Thiết kế phần khí 55 1.1 Vận hành toàn hệ thống 55 1.2 Vận hành phận 56 Linh kiện sử dụng đồ án 60 2.1 PLC 60 2.2 Cảm biến 60 2.3 Động bước 64 3.Thiết kế mạch điều khiển 64 3.1 Khối Nguồn 64 3.2 Khối điều khiển tốc độ động (PWM) chọn chiều động .64 3.3 Khối Step motor .67 3.4 Khối van khí đảo chiều van 67 3.5 Khối công tắc hành trình 68 3.6 Khối cảm biến 68 Chương III : Lưu đồ giải thuật chương trình 69 Chương trình .69 Băng chuyền : Rót nước vào chai 72 Băng chuyền : Bộ phận đặt nắp chai 76 Băng chuyền : Bộ phận vặn nắp chai .77 Băng chuyền 4, 5, tay máy 86 Băng chuyền 88 Chương IV : Phụ lục 95 CHƯƠNG I LÝ THUYẾT CÁC THÀNH PHẦN LIÊN QUAN 1/ Động DC: Động DC động điện hoạt động với dòng điện chiều Động điện chiều ứng dụng rộng rãi ứng dụng dân dụng công nghiệp Thông thường động điện chiều chạy tốc độ nối với nguồn điện, nhiên điều khiển tốc độ chiều quay động với hỗ trợ mạch điện tử phương pháp PWM Động điện chiều dân dụng thường dạng động hoạt động với điện áp thấp, dùng với tải nhỏ Trong công nghiệp, động điện chiều sử dụng nơi yêu cầu moment mở máy lớn yêu cầu thay đổi tốc độ phạm vi rộng ta nghiên cứu động DC dân dụng hoạt động với điện áp 24V trở xuống Hình 1.1 Một số loại động thực tế 1.1 Cấu tạo: Một động DC có phần bản: − Phần ứng hay Rotor (Armature) − Nam châm tạo từ trường hay Stator (field magnet) − Cổ góp (Commutat) − Chổi than (Brushes) − Trục motor (Axle) − Bộ phận cung cấp dòng điện DC Stator bao gồm vỏ máy, cực từ chính, cực từ phụ, dây quấn phần cảm (dây quấn kích thích) Số lượng cực từ ảnh hưởng tới tốc độ quay Đối với động công suất nhỏ, người ta kích từ nam châm vĩnh cửu Hình 1.2: Cấu tạo động điện chiều Rotor ( gọi phần ứng ) gồm thép kỹ thuật điện ghép lại có rãnh để đặt phần tử dây quấn phần ứng Điện áp chiều đưa vào phần ứng qua hệ thống chổi than – vành góp Chức chổi than – vành góp để đưa điện áp chiều đổi chiều dòng điện cuộn dây phần ứng Số lượng chổi than số lượng cực từ (một nửa có cực từ âm, nửa có cực từ dương) Phương trình động chiều: E = K Φ W (1) V = E + Ru.Iu (2) M = K Φ Iu (3) Với: − E: sức điện động cảm ứng (V) − Φ: Từ thông cực( Wb) − Iu: dòng điện phần ứng (A) − V : Điện áp phần ứng (V) − Ru: Điện trở phần ứng (Ohm) − W : tốc độ động (rad/s) − M : moment động (Nm) − K: số, phụ thuộc cấu trúc động 1.2 Nguyên lý hoạt động: Khi có dòng điện chảy qua cuộn dây quấn xung quanh lõi sắt, cạnh phía bên cực dương bị tác động lực hướng lên, cạnh đối diện lại bị tác động lực hướng xuống theo nguyên lý bàn tay trái Fleming Các lực gây tác động quay lên cuộn dây, làm cho rotor quay Để làm cho rotor quay liên tục chiều, cổ góp điện làm chuyển mạch dòng điện sau vị trí ứng với 1/2 chu kỳ Chỉ có vấn đề mặt cuộn dây song song với đường sức từ trường Nghĩa lực quay động cuộn dây lệch 90o so với phương ban đầu nó, rotor quay theo quán tính Tương tác dòng điện phần ứng từ thông kích thích tạo thành momen điện từ Do phần ứng quay quanh trục Hình 1.3: Nguyên lý hoạt động động DC 1.3 Điều khiển tốc độ động DC: Thông thường, tốc độ quay động điện chiều tỷ lệ với điện áp đặt vào nó, ngẫu lực quay tỷ lệ với dòng điện Có nhiều phương pháp để thay đổi tốc độ động DC, ta sử dụng phương pháp điều khiển thông dụng kiểu điều biến độ rộng xung (PWM), có nghĩa ta cấp áp cho động dạng xung với tần số không đổi mà thay đổi Ton Toff Từ (1),(2) (3) suy ra: W = V/(K.Φ) – Ru.Iu/(K.Φ) (4) Theo (4) : Iu không đổi (tức Moment không đổi) Φ không đổi W thay đổi "tuyến tính" theo V (thực tế không hoàn toàn tuyến tính theo đường thẳng được) Hình 1.4: Điều khiển động PWM Khi tỷ lệ thời gian "on" thời gian "off" thay đổi làm thay đổi điện áp trung bình (VAV) Tỷ lệ phần trăm thời gian "on" chu kỳ chuyển mạch nhân với điện áp cấp nguồn cho điện áp trung bình đặt vào động Như với điện áp nguồn cung cấp 100V, tỷ lệ thời gian ON 25% điện áp trung bình 25V VAV thay đổi từ VL đến VH tùy theo độ rộng Ton Toff Như vậy, tốc độ động thay đổi "tuyến tính" theo % độ rộng xung Băng tải: 2.1 Cách lắp đặt vận hành băng chuyền tải: - Đặt hệ thống băng tải vào vị trí cần lắp đặt - Dùng thước thủy để theo chiều ngang dây tải - Siết chặt buloong buloong chân - Điều chỉnh sơ bass căng dây vị trí căng dây tương đối - Khởi động động băng tải chạy thử - Điều chỉnh cho dây băng tải cân - Siết ốc kỹ, tỳ ren điều chỉnh lại vị trí - Cho hệ thống chạy kiểm tra, thấy dây bị sàng điều chỉnh lại 2.2 Nguyên tắc kiểm tra băng tải tốt xấu: - Băng tải đen bóng, cứng mềm không quan trọng - Cắt băng vải nhỏ dài chừng 5cm, kéo dãn đến đứt, băng tốt kéo dãn nhiều - Ngửi băng tải thấy có mùi thơm, băng tải có mùi thơm khó chịu bỏ - Lấy mũi nhọn đâm thử, băng tải mà thủng lỗ, loại tốt khó thủng có đàn hồi - Băng tốt bề mặt lồi lõm không bị vá, sữa chữa - Đừng tin vào chữ in mặt băng tải 2.3 Các loại băng tải: 2.3.1 Băng tải bố NN • Cấu tạo − Hình 1: Băng tải bố NN Băng tải bố NN gồm nhiều sợi dọc /ngang đểu Nylon, có thành phần gồm: cao su mặt + lớp bố + cao su mặt Lớp bố băng tải loại trì sức căng tạo độ bền cho kết cấu băng tải, chịu lực nén kéo tải, chịu nhiệt 1000C tới 6000C • Đặc điểm − Cường lực chịu tải lớn: chịu lực gấp lần sợi Cotton − Chịu lực va đập lớn: sợi Nylon loại sợi tổng hợp chịu va đập tốt nên tác động ngoại lực không ảnh hưởng đến chất lượng bố − Chịu axit, chịu nước số loại hóa chất khác − Chống lão hóa gấp khúc, uốn lượn nhiều sử dụng − Tăng cường bám dính sợi cao su, đồng thời giảm thiểu việc tách tầng lớp bố − Rất bền phải hoạt động môi trường nhiệt độ thấp − Độ dai cực lớn,nhẹ làm tăng lên sức kéo motor dẫn đến giảm tiêu thụ điện • Ứng dụng − Băng tải NN có đặc tính mềm dẻo, dai coi loại bố chịu lực phổ thông có nhiều ưu điểm vượt trội − Thường dùng để tải than, sỏi, đá (các cỡ), cát, quặng sắt, xi măng, than, gỗ… Không dùng để tải vật liệu chịu nhiệt 6000C bề mặt có chất dầu − Băng tải bố NN chiếm từ 60-70% thị trường tính kinh tế nhẹ 2.3.2 Băng tải lăng Hình 2: Băng tải lăng − Băng tải nâng lên hạ xuống để làm đổi hướng vận chuyển − Dùng để vận chuyển sản phẩm đóng thùng, có trọng lượng lớn 2.3.3 Băng tải cáp thép • Cấu tạo − Băng tải lõi thép gồm nhiều lõi cáp thép xếp theo chiều dọc khoảng cách từ 10 đến 15mm, lớp cáp thép phần chịu lực tải giữ cho băng tải chạy hướng bao quanh lớp phủ cao su mặt mặt − Lớp cáp thép liên kết với phương pháp đặt biệt, liên kết giúp cho băng tải cố xảy suốt trình sử dụng, cao su mặt cao su bao phủ cáp thép chế tạo theo tính chất riêng − Ký hiệu thông thường loại băng tải cáp thép: ST-500,ST-630,ST-800 cao tới ST-7000, độ dày lên tới 50mm Băng tải cáp thép thường nặng loại ST-1000, khổ mét lên tới 25Kg/m Vì thường dài 150m/cuộn • Đặc điểm Tắt motor vặn nắp Đóng van khí Đóng van khí Delay 0.5s Mở van khí KĐ băng chuyền Mở van khí KĐ motor vặn nắp Delay 1s chuyền đưa chai đến vị trí cảm biến băng chuyền dừng lại Hệ Khi băng thống vặn nắp hạ xuống VK6 VK9 mở để ép chặt nắp chai từ hai bên, lò xo ép nắp chai từ phía Động vặn nắp quay khoảng thời gian định để vặn chặt nút chai Sau hệ thống vặn nắp từ từ nâng lên băng chuyền hoạt động trở lại để đưa chai tới băng chuyền * Chương trình: Begin T= DC duoi N Cảm biến Dừng Đ/C tay máy dưới, khởi động Đ/C tay máy Y Tăng bit đếm lên Encoder đếm đủ xung N Delay 0.5s dừng băng chuyền Y Delay 0.5s tiếp đẩy pittong cánh tay xuống Delay 0.5s tiếp kích cho pittong kẹp chai xuống để kẹp sản phẩm Dừng Đ/C tay máy Delay 0.5s đẩy pittong tay may xuống vị trí tương ứng hộp Delay 0.5s nhả pittong kẹp chai để chai vao hộp N Cảm biến Delay 0.5s nhả pittong tay may vị trí ban đầu Y Rút pittong cánh tay lên, gọi chương Băng chuyền 5, tay máy: trình con4, “Nạp Delay - Encoder” Khởi động động tay máy Bật đảo chiều động tay máy Delay 0.5s khởi động Đ/C tay máy N Encoder đếm đủ Y Dừng động tay máy Bit đếm = or Khởi động động tay máy N Công tắc HT Y Delay 0.5s Tắt đảo chiều động tay máy Dừng động tay máy Delay 0.5s Tắt đảo chiều động tay máy Băng chuyền 5: Begin N Cảm biến Y Delay 0.5s dừng băng tải để nhận sản phẩm từ tay máy N Số đếm = Y N Tay máy trở vị trí ban đầu Y Số đếm = Khởi động băng chuyền Khi băng chuyền đưa chai đến vị tri cảm biến tay máy kẹp lấy chai (tay máy lúc chờ sẵn vị trí gắp chai) Chai không gắp có thùng qua băng chuyền cảm biến xác nhận Lúc băng chuyền dừng lại tay máy gắp chai đến đặt vào vị trí hộp (có tất vị trí) Khi tay máy gắp đủ chai băng chuyền set để tải hộp Tay máy tự động quay vị trí cố định ban đầu để chờ chai * Chương trình: SYMBOL TABLE CAM_BIEN_1 CAM_BIEN_2 CAM_BIEN_3 CAM_BIEN_4 GAP CAM_BIEN_5 CB_DUNG CONG_TAC I0.6 I0.1 I0.2 I0.3 CAM BIEN PHAT HIEN CHAI BOM NUOC CAM BIEN PHAT HIEN CHAI DE DAT NAP CAM BIEN PHAT HIEN CHAI DE VAN NAP CAM BIEN PHAT HIEN CHAI DE TAY MAY I0.4 I0.7 I0.5 CAM BIEN PHAT HIEN THUNG START STOPP CTHT_TREN ENCODER I1.0 I1.1 I1.2 I0.0 STEP Q0.0 DAO_CHIEU_1 TAY_MAY_TREN DAO_CHIEU_2 BANG_CHUYEN_1 TAY_MAY_DUOI BANG_CHUYEN_2 BANG_CHUYEN_3 BANG_CHUYEN_4 BANG_CHUYEN_5 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 Q1.0 Q1.1 DAO CHIEU TAY MAY TREN VAN_KHI_1 (VK1) VAN_STEP_TREN (VK2) VAN_KHI_DO_NUOC(VK3) H2O VAN_KHI_EP_CHAI(VK4) VAN_STEP_DUOI (VK5) VAN_KHI_VAN_NAP_1(VK6) VAN_KEP_CHAI(VK7) VAN_KHI_2_3(VK8) Q2.0 Q2.1 Q2.2 VAN TAY MAY TREN CUNG Q2.3 Q2.4 Q2.5 Q2.6 Q2.7 EP XUONG DE VAN NAP MOTOR_BOM_H2O MOTOR_VAN_NAP VAN_KHI_VAN_NAP2(VK9) Q3.0 Q3.1 Q3.3 CONG TAC HANH TRINH TAY MAY DUOI CONG TAC HANH TRINH TAY MAY TREN DAO CHIEU TAY MAY DUOI TREN BANG CHUYEN EP XUONG DE DO VAN KEP NAP VAN TAY MAY DUOI CHƯƠNG IV PHỤ LỤC Chương trình tổng hợp [...]... hay lò xo tác động - Một số loại xilanh tác động 1 chiều: a b Hình 24 Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lo xo (b) Xilanh tác động 2 chiều (xilanh tác động kép) - Khí nén được đưa vào 2 phía của xilanh, do yêu cầu điều khiển mà xilanh đi vào hay đi ra sẽ tuỳ thuộc vào việc đưa khí nén vào phía nào của xilanh Xilanh quay - Hình biểu diễn tượng trưng của xilanh quay Hai ngõ vào điều khiển... từ trường quay tạo bởi hệ thống xung điện áp cấp tuần tự vào các dây quấn trên các cặp cực từ bố trí liên tiếp lân cận trên stator 5.6 Nguyên tắc hoạt động - Đa số các động cơ bước là động cơ một pha, hai pha hoặc nhiều pha Khác với động cơ đồng bộ thông thường là roto của nó không có cuộn dây khởi động (lồng sóc mở máy ) mà nó được khởi động bằng phương pháp tần số Roto của động cơ có thể được kích... Trong đó: 5 : chỉ số cửa 2 : chỉ số vị trí Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều: TÊN THIẾT BỊ Van đảo chiều 2/2 KÍ HIỆU Van đảo chiều 4/2 Van đảo chiều 5/2 * Tín hiệu tác động: Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là: tác động bằng tay, tác động bằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện Tín hiệu tác động từ 2 phía ( đối với van đảo chiều không có vị trí ‘không’)... khiển vị trí chính xác Với những động cơ bước có cấp chính xác cao có sai số từ 3% đến 5% trong mỗi bước và sai số này không gia tăng ở bước điều khiển kế tiếp - Các đáp ứng khởi động, dừng và đảo chiều tối hảo - Có độ tin cậy cao vì động cơ không sử dụng chổi than ; như vậy tuổi thọ của động cơ chỉ phụ thuộc vào tuổi thọ của phần truyền động cơ khí : bạc đạn - Các động cơ bước đáp ứng với các tín... thông lượng ánh sáng chiếu vào − Số lượng điện tử phát xạ tỷ lệ với số photon chiếu vào cực cactot − Cảm biến phát xạ được phân thành: + Tế bào quang điện chân không + Đèn ion khí + Bộ nhân quang điện − Cơ chế hoạt động cùa tế bào quang điện như sau: − Khi có thông lượng ánh sáng chiếu vào, catot hấp thụ photon và giải phóng điện tử , các điện tử này di chuyển lên bề mặt và thoát ra ngoài − Các vật... 5% trong mỗi bước và sai số này không gia tăng ở bước điều khiển kế tiếp - Các đáp ứng khởi động, dừng và đảo chiều tối hảo - Có độ tin cậy cao vì động cơ không sử dụng chổi than ; như vậy tuổi thọ của Góc quay của động cơ tỉ lệ thuận với số xung điều khiển -Động cơ đạt được momen toàn phần (full torque) tại lúc đứng yên (khi dây quấn động cơ còn được cung cấp năng lượng) - Chuyển động có khả năng lập... chặn bằng con lăn tác động 1 chiều Lò xo Nút nhấn có rãnh định vị Tác động nam châm điện TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU Trực tiếp Bằng nam châm điện và van phụ trợ Tác động theo hướng dân cụ thể Van đảo chiều có vị trí ‘không’ là loại van tác động bằng cơ – lò xo và ký hiệu lò xo nằm ngay vị trí bên cạnh ô vuông phía bên phải của ký hiệu van Tác động lên phía đối diện nòng van là tín hiệu tác động bằng cơ, khí nén... khiển vòng hở, do đó đễ dàng điều khiển động cơ và giá thành điều khiển thấp - Động cơ có khả năng quay với tốc độ đồng bộ có giá trị rất thấp khi mang tải trực tiếp trên trục - Động cơ có thể đạt được một phạm vi rộng giá trị tốc độ quay tỉ lệ với giá trị tần số của xung điều khiển động cơ chỉ phụ thuộc vào tuổi thọ của phần truyền động cơ khí : bạc đạn - Các động cơ bước đáp ứng với các tín hiệu... thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt năng Phân làm 2 loại : − Phân loại theo áp suất + Máy nén khí áp suất thấp p = 15 bar + Máy nén khí áp suất rất cao p>= 300 bar − Phân loại theo nguyên lý hoạt động + Máy nén khí theo nguyên lý trao đổi thể tích: Máy nén... điều khiển và bề dài của chuyển động quay phụ thuộc số xung điều khiển 5.2 Ưu điểm của động cơ bước - Góc quay của động cơ tỉ lệ thuận với số xung điều khiển - Động cơ đạt được momen toàn phần (full torque) tại lúc đứng yên (khi dây quấn động cơ còn được cung cấp năng lượng) - Chuyển động có khả năng lập lại các trạng thái một cách ổn định tin cậy, điều khiển vị trí chính xác Với những động cơ bước