Nghiên cứu và chế tạo bộ định lượng cho máy phun foam graco e20 sử dụng bộ lập trình PLC mitsubishi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ  NGUYỄN VĂN THỊNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ Nha Trang, tháng 6/2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA CƠ KHÍ  NGUYỄN VĂN THỊNH THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS NGUYỄN VĂN ĐỊNH Nha Trang, tháng 6/2017 NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN THỊNH Lớp: 55CDT MSSV: 55134691 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Đề tài: “Thiết kế chế tạo thiết bị điều khiển giám sát hệ thống” Số trang: 87 Số chương: 04 Tài liệu tham khảo: 20 Hiện vật: báo cáo, mô hình, đĩa CD NHẬN XÉT Kết luận: Khánh Hòa, Ngày…… tháng… năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI Họ tên sinh viên: NGUYỄN VĂN THỊNH Lớp: 55CDT MSSV: 55134691 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật Cơ điện tử Đề tài: “Thiết kế chế tạo thiết bị điều khiển giám sát hệ thống” Số trang: 87 Số chương: 04 Tài liệu tham khảo: 20 Hiện vật: báo cáo, mô hình, đĩa CD NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Kết luận: Điểm phản biện Bằng số Bằng chữ Khánh Hòa, Ngày… tháng… năm 2017 CÁN BỘ PHẢN BIỆN (Ký ghi rõ họ tên) Điểm chung Bằng số Bằng chữ Khánh Hòa, Ngày… tháng… năm 2017 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ký ghi rõ họ tên) i LỜI CẢM ƠN Lời em xin gửi đến Ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang lòng biết ơn niềm tự hào cho em có hội học tập, làm việc trường suốt năm học vừa qua Đó khoảng thời gian quí báu mà em quên Tiếp đến em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy cô Khoa Cơ Khí nói chung Bộ môn Cơ Điện Tử nói riêng dạy dỗ, bảo tận tình suốt trình học tập thực đồ án tốt nghiệp Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Định Cùng với thầy cô giáo khác trực tiếp hướng dẫn, định hướng chuyên môn, động viên tinh thần giúp em hoàn thành tốt đồ án Bên cạnh em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè bên cạnh ủng hộ, động viên, tạo điều kiện cho em học tập rèn luyện Trong trình thực nhiều điều thiếu sót Rất mong bảo thầy cô để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, tháng 06 năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Văn Thịnh ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu thiết bị điều khiển giám sát hệ thống 1.2 Nhu cầu mức độ tự động 1.3 Giới thiệu số điều khiển có sẵn thị trường 1.3.1 Bộ điều khiển lập trình PLC 1.3.2 Bộ điều khiển giám sát sử dụng vi điều khiển 1.4 Mục tiêu đề tài CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp nghiên cứu 2.1.1 Sơ đồ tổng thể 2.1.2 Phân tích môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố làm cho điều khiển ổn định, từ đưa giải pháp thiết kế tối ưu 2.1.2.1 Nhiễu điện từ (nhiễu dẫn nhiễu xạ) 2.1.2.2 Nhiễu nguồn 2.1.2.3 Nhiễu tín hiệu INPUT 2.1.2.4 Nhiễu từ điều khiển tải lớn 10 2.1.2.5 Nhiễu linh kiện 10 2.1.2.6 Nhiễu thiết kế board 11 2.1.3 Internet Of Things 12 iii 2.1.3.1 Ứng dụng Internet Of Things điều khiển .12 2.1.3.2 Lựa chọn máy chủ IOT 12 2.1.3.3 Board giao tiếp mạng sử dụng cho IOT: 13 2.1.4 Tìm hiểu phần mềm sử dụng cho đồ án 14 2.1.4.1 Altium 14 2.1.4.3 AndroidSudio .16 2.1.4.4 CodeVisionAVR 17 2.1.4.5: Arduino IDE .18 2.1.5 Giao thức truyền thông sử dụng đồ án 19 2.1.5.1 UART 19 2.1.5.2 I2C 21 2.2 Yêu cầu hệ thống 22 2.2.1 Yêu cầu phần cứng 22 2.2.2 Yêu cầu phần mềm 22 2.3 Phương án thiết kế 23 2.3.1 Phương án 23 2.3.1.1 Nội dung .23 2.3.1.2 Ưu điểm 23 2.3.1.3 Nhược điểm 23 2.3.2 Phương án 24 2.3.2.1 Nội dung .24 2.3.2.2 Ưu điểm 24 2.3.2.3 Nhược điểm 25 2.3.3 Kết luận 25 iv 2.4 Thiết kế, chế tạo phần khí 25 2.4.1 Cơ sở lý thuyết 25 2.4.2 Thiết kế 26 2.5 Thiết kế, chế tạo phần điều khiển 28 2.5.1 Cơ sở lý thuyết 28 2.5.1.1 MCU 28 2.5.1.2 Nguồn 29 2.5.1.4 Graphic LCD .30 2.5.1.5 Opto PC817 .32 2.5.1.6 Diode 32 2.5.1.7 Điện trở 33 2.5.1.8 Transistor 33 2.5.2 Thiết kế 34 2.5.2.1 Mạch điều khiển 34 2.5.2.2 Chương trình điều khiển Android 39 2.5.2.3 Chương trình điều khiển NodeMCU 41 2.5.2.4 Chương trình điều khiển MCU 42 2.5.2.5 Chương trình điều khiển MCU 43 2.5.2.6 Chương trình điều khiển MCU 44 CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 45 3.1 Chuẩn bị 45 3.2 Thi công lắp ráp 45 3.2.1 Vẽ mạch in 45 3.2.2 Hàn linh kiện kiểm tra mạch 46 v 3.3 Sản phẩm thực tế 51 3.3.1 Hình ảnh mạch 51 3.3.2 Các chi tiết khí 52 3.3.3 Hệ thống mô hình 52 3.4 Cho chạy thử kiểm nghiệm độ ổn định 53 3.4.1 Kiểm tra trước đưa vào hoạt động 53 3.4.1.1 Kiểm tra main board 53 3.4.1.2 Kiểm tra khối INPUT 55 3.4.1.3 Kiểm tra khối OUTPUT .56 3.4.1.4 Kiểm tra phần khí 57 3.4.2 Cài đặt thông số 57 3.4.3 Mô hình lúc hoạt động 61 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 64 4.1 Kết luận 64 4.1.1 Kết đạt 64 4.1.2 Kết chưa đạt 64 4.2 Đề xuất 64 4.2.1 Đề xuất phần cứng 64 4.2.2 Đề xuất phần mềm 64 4.2.3 Đề xuất hệ thống 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 66 vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Chức chân I/O GLCD 31 Bảng 3.1: Thao tác kiểm tra main board 53 Bảng 3.2: Thao tác kiểm tra khối Input 55 Bảng 3.3: Thao tác kiểm tra khối Output 56 Bảng 3.4: Thao tác kiểm tra khí 57 58 Display Stop Start OK Down F4 F3 F2 F1 Up Hình 3.15: Vị trí phận mặt trước điều khiển Lock Reset Bảng điều khiển gồm nút nhấn trên: - F nút chức điều khiển, muốn chuyển đổi chức cần đưa điều khiển chế độ Stop Các chức gồm: + F1: thông tin thiết bị + F2: chức smart home + F3: chức giám sát cảm biến + F4: chức giám sát tiến độ sản phẩm - Stop: để dừng điều khiển lại - Start: chạy ứng dụng - OK, Down, Up: cụm nút chức cài đặt thông số điều khiển - Lock: để khóa nút chức sau tiến hành cài đặt xong Khi nhấn Swich Lock OFF điều khiển thao tác nút Start Stop Khi muốn tiến hành cài đặt đổi chức phải đưa Swich Lock ON - Reset: Dùng để reset lại điều khiển Mô hình khởi động Sẽ tải 10s để ổn định nguồn tín hiệu trước đưa vào hoạt động Hình 3.16: Khởi động điều khiển 59 Thông tin điều khiển: Nhấn F1 để hình thông tin thiết bị điều khiển Hình 3.17: Thông tin điều khiển Smarthome: Nhấn F2, nhấn nút OK dùng phím Down, Up để cài đặt thông số cần thiết hình Chúng ta cài đặt thời gian thực, cài đặt thời gian bật tắt cho thiết bị Hình 3.18: Cài đặt sử dụng chức Smarthome 60 Ở chức cụm nút nhấn Swich giao diện Android phục vụ cho việc bật tắt thiết bị từ xa, ứng dụng cho Smarthome Giám sát cảm biến: Nhấn F3, nhấn nút OK dùng phím Down, Up để cài đặt thông số cảm biến cần giảm sát Lựa chọn loại cảm biến cần giám sát Sau nhấn OK để khởi động hệ thống Hình 3.19: Cài đặt sử dụng chức Sensor Khi nhấn OK điều khiển đồng thời giao diện Android nhận liệu biểu diễn đồ thị Từ người dùng dễ dàng quan sát mức độ giao động, người dùng kéo đồ thị để xem lại liệu cũ Giám sát tiến độ sản phẩm: Nhấn F4, nhấn nút OK dùng phím Down, Up để cài đặt thông số Thời gian sản phẩm, số sản phẩm cần làm, thời gian nghỉ thao tác sản xuất Nhấn OK từ điều khiển tính toán thời gian làm việc bắt đầu kết thúc, 61 quy đổi % và thị trạng thái Sản phẩm đếm đưa lên giao diện android để người dùng giám sát từ xa Hình 3.20: Cài đặt sử dụng chức giám sát sản phẩm 3.4.3 Mô hình lúc hoạt động Hình 3.21: Điều khiển nhà thông minh 62 Hình 3.22: Máy dán keo Hình 3.23: Máy dán hộp Hình 3.24: Máy cán màng 63 Ưu điểm: + Mô hình hoạt động ổn định kể môi trường công nghiệp + Realtime độ xác cao, chạy nhiều ngày liên tiếp chưa xuất sai số + ESP8266 kết nối wifi ổn định, có giải thuật kết nối tự động reset kết nối lại + Firebase tốc độ tương đối ổn định, điều khiển thời gian đáp ứng nhanh, chưa thấy trường hợp nghẽn mạng, hay lỗi đường truyền + Giao diện android chạy ổn định, chưa phát sinh lỗi + GLCD chưa thấy xuất loạn liệu + Board mạch cách ly hoàn toàn với đối tượng điều khiển giám sát, nên hoạt động chưa thấy treo nhiễu Nhược điểm: Vì ứng dụng ứng dụng để demo cho điều khiển cho lĩnh vực tự động hóa Vì sâu theo chức điều khiển, lý thời gian, nhớ MCU Nếu sâu theo chức riêng biệt sâu theo hướng sau: + Smarthome: Nên bổ sung thêm chức điều khiển đối tượng tay không cần tới Internet: Hẹn qua điện thoại, cài đặt tham số tự động bật tắt đối tượng theo nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng v v + Sensor: Nên bổ sung mức cài đặt mức báo động điện thoại điều khiển cài đặt thông số cảm biến mong muốn Tính thời gian đạt tới thông số cảm biến cài đặt mong muốn, thêm nhiều hệ số khảo sát Dữ liệu lưu lại thành file excel theo realtime 64 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 4.1 Kết luận 4.1.1 Kết đạt + Tạo điều khiển phục vụ mô hình mẫu cho Bộ môn Cơ điện tử trường Đại học Nha Trang + Đáp ứng tự động môi trường công nghiệp nhẹ, môi trường không khắc nghiệt + Sử dụng Smarthome + Tự động nông nghiệp + Internet Of Things 4.1.2 Kết chưa đạt + Do vấn đề thời gian điều kiện nghiên cứu, sản phẩm phiên nên mẫu mã chưa đẹp mắt, nhiều vấn đề chưa tối ưu + Chức thư viện 4.2 Đề xuất 4.2.1 Đề xuất phần cứng + Gia công hộp nhôm để tránh nhiễu từ trường môi trường công nghiệp + Thiết kế nhiều module mở rộng thêm nhiều chức cho board mạch, để tăng khả tùy biến 4.2.2 Đề xuất phần mềm + Xây dựng thư viện chuyên dụng, để giải nhanh toán đặt + Tối ưu chương trình để hệ thống chạy ổn định 4.2.3 Đề xuất hệ thống Tăng thời gian sử dụng ứng dụng khắp nơi để tăng độ tin cậy điều khiển lên cao 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt [1] Thầy Nguyễn Văn Định, Cảm biến ứng dụng, Trường Đại Học Nha Trang [2] Thầy Trần Văn Hùng (2009), Bài giảng kỹ thuật ứng dụng vi điều khiển, Trường Đại Học Nha Trang [3] Lập trình Android bản, Trường Đại Học FPT [4] Trần Hoàng Thọ (2002), Kỹ thuật lập trình nâng cao, Trường Đại Học Đà Lạt [5] Nguyễn Văn Linh (2003), Giải Thuật, Trường Đại Học Cần Thơ [6] PCBViet.com, Giáo trình thiết kế mạch điện tử với Altium Designer Tài liệu tiếng Anh [7] Atmel, AVR Microcontroler [8] Mathematics – Algorithms [9] Maxim, DS3231 Tài liệu Internet [10] https://techmaster.vn [11] http://ungdungarduino.com/ [12] http://www.hocavr.com/ [13] http://codientu.org/ [14] https://stackoverflow.com/ [15] http://Developer.android.com/ [16] http://www.alldatasheet.com/ [17] https://www.youtube.com/ [18] https://vi.wikipedia.org/ [19] https://www.arduino.cc/ [20] https://www.arduino.vn/ 66 PHỤ LỤC #include #define DS3231_Address 0x68 #define DS3231_Read_addr ((DS3231_Address 4) * 10)); } unsigned char decimal_to_bcd(unsigned char d) { return (((d / 10) > 5); DS3231_hr = (0x1F & DS3231_Read(hourREG)); DS3231_hr = bcd_to_decimal(DS3231_hr); *DS3231_p3 = DS3231_hr; break; } default: { DS3231_hr = (0x3F & DS3231_Read(hourREG)); DS3231_hr = bcd_to_decimal(DS3231_hr); *DS3231_p3 = DS3231_hr; break; } } 70 } void getDate(unsigned char *DS3231_p4, unsigned char *DS3231_p3, unsigned char *DS3231_p2, unsigned char *DS3231_p1) { DS3231_year = DS3231_Read(yearREG); DS3231_year = bcd_to_decimal(DS3231_year); DS3231_month = (0x1F & DS3231_Read(monthREG)); DS3231_month = bcd_to_decimal(DS3231_month); DS3231_date = (0x3F & DS3231_Read(dateREG)); DS3231_date = bcd_to_decimal(DS3231_date); DS3231_day = (0x07 & DS3231_Read(dayREG)); DS3231_day = bcd_to_decimal(DS3231_day); *DS3231_p1 = DS3231_year; *DS3231_p2 = DS3231_month; *DS3231_p3 = DS3231_date; *DS3231_p4 = DS3231_day; } void setTime(unsigned char hSet, unsigned char mSet, unsigned char sSet, short am_pm_state, short hour_format) { unsigned char tmp = 0; DS3231_Write(secondREG, (decimal_to_bcd(sSet))); DS3231_Write(minuteREG, (decimal_to_bcd(mSet))); switch(hour_format) { case 1: 71 { switch(am_pm_state) { case 1: { tmp = 0x60; break; } default: { tmp = 0x40; break; } } DS3231_Write(hourREG, ((tmp | (0x1F & (decimal_to_bcd(hSet)))))); break; } default: { DS3231_Write(hourREG, (0x3F & (decimal_to_bcd(hSet)))); break; } } } void setDate(unsigned char daySet, unsigned char dateSet, unsigned char monthSet, unsigned char yearSet) { 72 DS3231_Write(dayREG, (decimal_to_bcd(daySet))); DS3231_Write(dateREG, (decimal_to_bcd(dateSet))); DS3231_Write(monthREG, (decimal_to_bcd(monthSet))); DS3231_Write(yearREG, (decimal_to_bcd(yearSet))); } float getTemp() { register float t = 0.0; unsigned char lowByte = 0; signed char highByte = 0; lowByte = DS3231_Read(tempLSBREG); highByte = DS3231_Read(tempMSBREG); lowByte >>= 6; lowByte &= 0x03; t = ((float)lowByte); t *= 0.25; t += highByte; return t; } ... 1.3.1 Bộ điều khiển lập trình PLC 1.3.2 Bộ điều khiển giám sát sử dụng vi điều khiển 1.4 Mục tiêu đề tài CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2.1... Bộ điều khiển lập trình PLC Hình 1.6: PLC Ưu điểm: - Dễ lập trình thay đổi chương trình - Cấu trúc dạng module mở rộng dễ bảo trì sữa chữa - Đảm bảo độ tin cậy môi trường sản xuất - Được sử dụng. .. 2.1.3.1 Ứng dụng Internet Of Things điều khiển .12 2.1.3.2 Lựa chọn máy chủ IOT 12 2.1.3.3 Board giao tiếp mạng sử dụng cho IOT: 13 2.1.4 Tìm hiểu phần mềm sử dụng cho đồ án