dùng PLC điều khiển băng chuyền phân loại sản phẩm

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Th.S Trần Quang Thuận LỜI MỞ ĐẦU Từ công nghiệp đời, máy móc đưa vào phục vụ sản xuất Con người giải phóng khỏi lao động chân tay hay lao động môi trường độc hại nhờ cỗ máy thông minh, làm việc với hiệu cao Sự đời PLC (Programable Logic Controller) giúp cho việc lập trình với hỗ trợ máy tính để quản lý hoạt động hệ thống công nghiệp trở nên đơn giản PLC có khả thay hoàn toàn cho phương pháp điều khiển truyền thông dùng rơle; khả điều khiển thiết bị dễ dàng linh hoạt dựa việc lập trình lệnh logic bản; khả định thời, đếm; giải vấn đề toán học công nghệ; khả tạo lập, gởi đi, tiếp nhận tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát kích hoạt đình chức máy dây chuyền công nghệ Bên cạnh PLC thích hợp môi trường công nghiệp nhờ khả chống nhiễu tốt, cấu trúc dạng modul thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp; lập trình dễ dàng; có modul chuyên dụng để thực chức đặc biệt hay modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp mạng internet; thay đổi chương trình thay đổi trực tiếp thông số mà không cần thay đổi lại chương trình Từ ưu điểm PLC, em chọn đề tài “dùng PLC điều khiển băng chuyền phân loại sản phẩm” Với mô hình phân loại, giúp cho dây chuyền sản xuất trở nên đơn giản, dễ vận hành, giảm lao động chân tay Mặc dù cố gắng nhiều tránh khỏi hạn chế, thiếu sót Chúng em mong nhận phê bình đóng góp ý kiến từ thầy (cô) để đồ án tốt nghiệp hoàn thiện SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Th.S Trần Quang Thuận LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp đúc kết năm tháng học tập trường Đại Học Mở TP.HCM Để đạt kết hôm nay, phấn đấu thân, có quan tâm giúp đỡ quý thầy cô trường, đặc biệt thầy cô giảng dạy khoa Xây Dựng Và Điện Bên cạnh chia kinh nghiệm từ bạn lớp CN08B1 anh chị khóa trước Qua đây, em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến thầy TRẦN QUANG THUẬN, người nhiệt tình giúp đỡ em trình thực đồ án tốt nghiệp SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Th.S Trần Quang Thuận MỤC LỤC Lời mở đầu Lời cảm ơn Mục lục Đặt vấn đề CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PLC S7 200 1.1 Giới thiệu: 1.2 Quá trình phát triển kỹ thuật điều khiển: 1.2.1 Hệ thống điều khiển dùng rơle điện: 1.2.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC: 1.2.3 Các chủng loại PLC: 1.2.4 Ưu hệ thống điều khiển dùng PLC: 1.2.5 Hạn chế: 1.2.6 Các ứng dụng PLC: 1.3 Cấu trúc nghiên cứu hoạt động PLC 1.3.1 Cấu trúc 1.3.2 Chức năng, hoạt động hệ PLC 1.4 Bộ điều khiển logic lập trình (PLC) Siemens: 1.4.1 Đặc tính số CPU S7-200: 1.4.2 Các đèn báo PLC: 1.4.3 Công tắc chọn chế độ làm việc: 1.4.4 Cấp nguồn: 1.4.5 Ngõ vào: 1.4.6 Ngõ ra: 1.5 Truyền thông PC PLC 1.6 Cấu trúc nhớ 1.6.1 Các khái niệm xử lý thông tin: 1.6.2 Phân chia nhớ: 1.6.3 Các phương pháp truy nhập: 1.6.4 Mở rộng vào/ ra: CHƯƠNG Phần mềm STEP Micro/WIN 2.1 Các phần tử chương trình PLC S7-200 2.1.1 Chương trình OB1 (main program) 2.1.2 Chương trình SUB (subroutine) 2.1.3 Chương trình ngắt INT ( interupt rountine) 2.1.4 Khối hệ thống (system block) 2.1.5 Khối liệu (data block) 2.2 Ngôn ngữ lập trình: 2.2.1 Ladder Logic 2.2.2 Statement List: SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 1 2 2 3 3 7 8 9 11 14 14 14 15 16 18 18 18 18 18 19 19 19 19 20 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : Th.S Trần Quang Thuận 2.2.3 Statement List: 2.3 Tập lệnh PLC Siemens S7-200 2.3.1 Bit Logic (Các lệnh tiếp điểm) 2.3.2 Bộ định thời TIMER 2.3.3 Bộ đếm COUNTER 2.3.4 Lệnh so sánh COMPARE 2.3.5 Hàm di chuyển liệu MOV 2.3.6 Lệnh chuyển đổi CONVERT CHƯƠNG MỘT SỐ MÔ HÌNH VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 3.1 Điều khiển băng tải pittông 3.2 Điều khiển băng tải thang máy CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 4.1 Mô hình lí thuyết phân loại sản phẩm 4.2 Sơ đồ khối hệ thống 4.3 Lựa chọn thiết bị 4.4 Thi công mô hình 4.5 Lập trình điều khiển KẾT LUẬN MỤC LỤC HÌNH MỤC LỤC BẢNG DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 20 21 21 27 29 31 35 37 39 39 40 41 41 41 43 46 48 71 72 73 74 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử, đặc biệt kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng lĩnh vực từ kỹ thuật, quản lí, công nghiệp tự động hóa, cung cấp thông tin… Do đó, phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điện tử Việt Nam nói riêng Hầu hết nay, nhà máy, xí nghiệp đưa vào sử dụng dây chuyền sản xuất đại, số lượng sản phẩm sản xuất ngày nhanh số lượng Và khâu phân loại, đóng gói sản phẩm khâu vô quan trọng Tuy nhiên thực tế, xí nghiệp nhỏ sử dụng lao động chân tay khâu Vì thế, lí em chọn đề tài “dùng PLC điều khiển băng chuyền phân loại sản phẩm” Để làm mạch cần thiết kế hai phần thiết kế mạch cảm biến cấu học Bộ phận cảm biến: để phát sản phẩm có nhiều loại cảm biến quang, cảm biến tiệm cận,… Nhưng đơn giản, dễ thi công cảm biến quang Tuy nhiên, cảm biến quang dễ bị nhiễu ánh sáng nhiệt độ Để chống nhiễu, ta dùng mạch phát mạch tạo xung vuông có tần số cao, mạch thu mạch phát xung Cơ cấu học: gồm có băng tải, cấu truyền động để phân loại xếp sản phẩm MỤC ĐÍCH YÊU CẦU CỦA ĐỀ TÀI Trong đồ án chúng em thực mạch phát sản phẩm phương pháp đếm xung Như sản phẩm qua băng chuyền phát cảm biến quang Khi sản phẩm qua cảm biến, cảm biến tạo xung điện đưa khối xử lí Tuy nhiên, yêu cầu mạch điện thiết kế không phức tạp, bảo đảm an toàn, tin cậy cao, dễ sử dụng, giá thành không mắc Cơ cấu học đơn giản, nhiên phải gần với thực tế đáp ứng yêu cầu đề tài Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PLC S7 200 1.1 Giới thiệu: Bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controller) sáng tạo từ ý tưởng ban đầu nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968 Trong năm gần đây, điều khiển lập trình sử dụng ngày rộng rãi công nghiệp nước ta giải pháp lý tưởng cho việc tự động hóa trình sản xuất Cùng với phát triển công nghệ máy tính đến nay, điều khiển lập trình đạt ưu ứng dụng điều khiển công nghiệp Như vậy, PLC máy tính thu nhỏ với tiêu chuẩn công nghiệp cao khả lập trình logic mạnh PLC đầu não quan trọng linh hoạt điều khiển tự động hóa Hình 1.1: Mô hình điều khiển lập trình PLC SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp 1.2 GVHD : ThS Trần Quang Thuận Quá trình phát triển kỹ thuật điều khiển: Hệ thống điều khiển tập hợp thiết bị dụng cụ điện tử Nó dùng để vận hành trình cách ổn định, xác thông suốt 1.2.1 Hệ thống điều khiển dùng rơle điện: Sự bắt đầu cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào năm 60 70, máy móc tự động đuwợc điều khiển rơle điện từ định thời, tiếp điểm, đếm, relay điện từ Những thiết bị liên kết với để trở thành hệ thống hoàn chỉnh vô số dây điện bố trí chằng chịt bên panel điện ( tủ điều khiển) Như vậy, với hệ thống có nhiều trạm làm việc nhiều tín hiệu vào/ra tủ điều khiển lớn Điều dẫn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa hư hỏng phức tạp khó khăn Hơn nữa, rơle tiếp điểm có thay đổi yêu cầu điều khiển bắt buộc thiết kế lại từ đầu 1.2.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC: Với khó khăn phức tạp thiết kế hệ thống dùng rơle điện năm 80, người ta chế tạo điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tinh cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống làm việc môi trường công nghiệp khắc nghiệt đem lại hiệu kinh tế cao Đó điều khiển lập trình được, chuẩn hóa theo ngôn ngữ Anh Quốc Programmable Logic Controller (viết tắt PLC) 1.2.3 Các chủng loại PLC: Hiện nay, số PLC sử dụng thị trường Việt Nam: - Mỹ:Allen Bradley, General Electric, Square D, Texas Instruments, Cutter Hammer,… - Đức: Siemens, Boost, Festo… - Hàn Quốc: LG - Nhật: Mitsubishi, Omron, Panasonci, Fanuc, Mashushita, Fuzi, Koyo,… Và nhiều chủng loại khác - Các sản phẩm như: Logo!, Easy, Zen, … chế tạo để đáp ứng yêu cầu điều khiển đơn giản 1.2.4 Ưu hệ thống điều khiển dùng PLC: - Điều khiển linh hoạt, đa dạng - Lượng contact lớn, tốc độ hoạt động nhanh SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận - Dễ tiến hành thay đổi sửa chữa - Độ ổn định, độ tin cậy cao - Lắp đặt dơn giản - Kích thước nhỏ gọn - Có thể nối mạng vi tính để giám sát hệ thống 1.2.5 Hạn chế: - Giá thành cao (tùy theo yêu cầu máy) - Cần chuyên viên để thiết kế chương trình cho PLC hoạt động - Các yêu cầu cố định, đơn giản không cần dùng PLC - PLC bị ảnh hưởng hoạt động môi trường có nhiệt độ cao, độ rung mạnh 1.2.6 Các ứng dụng PLC: - Điều khiển trình sản xuất: giấy, ximăng, nước giải khát, linh kiện điện tử, xe hơi,bao bì, đóng gói,… - Rửa xe ôtô tự động - Thiết bị khai thác - Giám sát hệ thống, an toàn nhà xưởng - Hệ thống báo động - Điều khiển thang máy - Điều khiển động - Chiếu sáng - Cửa công nghiệp, tự động - Bơm nước - Tưới - Báo trường học, công sở,… - Máy cắt sản phẩm, vô chai,… - Và nhiều hệ thống điều khiển tự động khác 1.3 Cấu trúc nghiên cứu hoạt động PLC 1.3.1 Cấu trúc Một hệ thống điều khiển lập trình phải gồm có hai phần: khối xử lý trung tâm (CPU: Central Processing Unit : CPU) hệ thống giao tiếp vào/ra (I/0) SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lập trình Hình 1.3: Sơ đồ khối tổng quát CPU 1.3.2 Chức năng, hoạt động hệ PLC Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC ( Programable Logic Controler ) thiết bị điều khiển đặc biệt dựa vi xử lý , sử dụng nhớ lập trình để lưu trữ lệnh , thực chức thuật toán để điều khiển máy trình Bộ xử lý: gọi xử lý trung tâm (CPU) , linh kiện chứa vi xử lý Bộ xử lý biên dịch tín hiệu vào thực hoạt động điều khiển theo chương trình lưu nhớ CPU , truyền định dạng tín hiệu hoạt động đến tín hiệu Nguyên lý làm việc xử lý tiến hành theo bước , thông tin lưu trữ nhớ chương trình gọi lên kiểm soát đếm chương trình Bộ xử lý liên kết tín hiệu đưa kết đầu Chu kỳ thời gian gọi thời gian quét ( scan ) Thời gian vòng quét phụ thuộc vào dung lượng nhớ , tốc độ CPU SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận Chuyển liệu từ đệm ảo thiết bị ngoại vi Nhập liệu từ thiết bị ngoại vi vào đệm Truyền thông kiểm tra lỗi Thực chương trình Hình 1.4: Một vòng quét PLC Sự thao tác chương trình dẫn đến thời gian trễ đếm chương trình qua chu kỳ đầy đủ , sau bắt đầu lại từ đầu - Bộ nguồn: có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho vi xử lý (thường 5V ) cho mạch điện module lại (thường 24V ) - Thiết bị lập trình: sử dụng để lập chương trình điều khiển cần thiết sau chuyển cho PLC Thiết bị lập trình thiết bị lập trình chuyên dụng , thiết bị lập trình cầm tay gọn nhẹ , phần mềm cài đặt máy tính cá nhân - Bộ nhớ: nơi lưu trữ chương trình sử dụng cho hoạt động điều khiển Các nhớ RAM , ROM , EPROM Người ta chế tạo nguồn dự phòng cho RAM đề trì chương trình trường hợp điện nguồn , thời gian trì tùy thuộc vào PLC cụ thể Bộ nhớ chế tạo thành module cho phép dễ dàng thích nghi với chức điều khiển có kích cỡ khác , cần mở rộng cắm thêm - Giao diện vào ra: nơi xử lý nhận thông tin từ thiết bị ngoại vi truyền thông tin đến thiết bị bên Tín hiệu vào từ công tắc , cảm biến nhiệt độ, tế bào quang điện… Tín hiệu cung cấp cho cuộn dây công tắc tơ , rơle , van điện từ … Tín hiệu vào tín hiệu rời rạc , tín hiệu liên tục , tín hiệu logic… Mỗi điểm vào có địa PLC sử dụng Các kênh vào / có chức cách ly điều hoa tín hiệu cho cảm biến tác động nối trực tiếp với chúng mà không cần thêm mạch điện khác SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp SVTH : Đoàn Minh Hiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận MSSV : 0851030030 Trang 60 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp SVTH : Đoàn Minh Hiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận MSSV : 0851030030 Trang 61 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận Bảng 4.4: Chương trình (SBR_2): SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang 62 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp SVTH : Đoàn Minh Hiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận MSSV : 0851030030 Trang 63 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp SVTH : Đoàn Minh Hiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận MSSV : 0851030030 Trang 64 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận Bảng 4.5: Chương trình (SBR_3): SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang 65 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp SVTH : Đoàn Minh Hiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận MSSV : 0851030030 Trang 66 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp SVTH : Đoàn Minh Hiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận MSSV : 0851030030 Trang 67 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp SVTH : Đoàn Minh Hiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận MSSV : 0851030030 Trang 68 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp SVTH : Đoàn Minh Hiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận MSSV : 0851030030 Trang 69 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận Bảng 4.6: Input Table: Bảng 4.7: Output Table: SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang 70 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận KẾT LUẬN Em hoàn thành xong đồ án phân loại sản phẩm theo chiều cao dùng PLC S7-200 Thi công xong phần băng tải, cấu nâng hạ, hút sản phẩm, mạch thu phát hồng ngoại, mạch đảo chiều động cơ,…Trong thực tế thay nam châm điện cấu khí nén dùng pittong để sử dụng cho nhiều loại chất liệu Ngoài ra, mô hình ứng dụng cấu nâng hạ để xếp sản phẩm Tuy nhiên mô hình nên thiết bị không tính toán, độ nhạy hoạt động chưa cao Hướng phát triển đề tài: kết hợp hệ thống camera để đo chiều cao sản phẩm, xếp sản phẩm vào vị trí thùng… SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang 71 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1: Mô hình điều khiển lập trình PLC Trang Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lập trình Trang Hình 1.3: Sơ đồ khối tổng quát CPU Trang Hình 1.4: Một vòng quét PLC Trang Hình 1.5: Các kiểu cách ly Trang Hình 1.6: Cấu hình phần cứng PLC Trang Hình 1.7: Hình dáng PLC S7-200 CPU 224 Trang Hình 1.8: Các đèn báo PLC Trang Hình 1.9: Công tắc chọn chế độ làm việc Trang Hình 1.10: Cấp nguồn cho PLC Trang Hình 1.11: Kết nối ngõ vào, PLC Trang 10 Hình 1.12: Sơ đồ chân cổng truyền thông Trang 11 Hình 1.13: Cáp RS 232/PPI Multi-Master Trang 12 Hình 1.14: Cáp USB/PPI Multi-Master Trang 13 Hình 1.15: Kết nối cáp truyền thông với máy tính Trang 13 Hình 1.16: kết nối modul mở rộng Trang 16 Hình 3.1: Mô hình điều khiển băng tải pittông Trang 39 Hình 3.2: Mô hình điều khiển băng tải thang máy Trang 40 Hình 4.1: Mô hình lí thuyết hệ thống phân loại Trang 41 Hình 4.2: Sơ đồ khối hệ thống phân loại Trang 41 Hình 4.3: Sơ đồ chân Opamp Trang 44 Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lí mạch cảm biến hồng ngoại Trang 44 Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển động Trang 45 Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lí mạch đảo chiều dộng Trang 46 Hình4.7: Mạch nguồn Trang 46 Hình4.8: Động lên xuống nam châm điện Trang 47 Hình4.9: Mô hình lắp ráp chưa hoàn chỉnh Trang 47 Hình4.10: Mô hình hoàn chỉnh Trang 48 SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang 72 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận MỤC LỤC BẢNG Bảng1.1: Một số loại CPU 22x Trang 11 Bảng1.2: Phân chia nhớ CPU 224 Trang 15 Bảng1.3: Cách đặt địa cho module mở rộng CPU 224 Trang 17 Bảng4.1: Chương trình (SBR_0) Trang 54 Bảng4.2: Chương trình (SBR_1) Trang 57 Bảng4.3: Chương trình (SBR_2) Trang 62 Bảng4.4: Chương trình (SBR_3) Trang 65 Bảng4.5: Input Table Trang 70 Bảng4.6: Output Table Trang 70 SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang 73 Đồ án tốt nghiệp kỹ sư công nghiệp GVHD : ThS Trần Quang Thuận DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ths Châu Trí Đức, Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7-200, tháng 10 năm 2008 [2] Ths Nguyễn Bá Hội, Giáo trình tập lệnh PLC SIEMENS S7-200, ĐHBK Đà Nẵng [3] SIEMENS, Micro System SIMATIC S7-200 [4] SIEMENS, SIMATIC S7-200 Programmable Controler System Manual [5] Ths Trần Văn Trinh, Giáo trình PLC S7-200, tháng năm 2009 [6] Trung tâm điện tử Hùng Vương, Lập trình PLC SIEMENS S7-200 [7] Các trang Web : Plcvietnam.com.vn Vietcongnghe.net SVTH : Đoàn Minh Hiệp MSSV : 0851030030 Trang 74 ... MỘT SỐ MÔ HÌNH VỀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 3.1 Điều khiển băng tải pittông 3.2 Điều khiển băng tải thang máy CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 4.1 Mô hình lí thuyết phân loại sản phẩm 4.2 Sơ đồ khối... em chọn đề tài dùng PLC điều khiển băng chuyền phân loại sản phẩm Để làm mạch cần thiết kế hai phần thiết kế mạch cảm biến cấu học Bộ phận cảm biến: để phát sản phẩm có nhiều loại cảm biến quang,... TỔNG QUAN VỀ PLC S7 200 1.1 Giới thiệu: 1.2 Quá trình phát triển kỹ thuật điều khiển: 1.2.1 Hệ thống điều khiển dùng rơle điện: 1.2.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC: 1.2.3 Các chủng loại PLC: 1.2.4