Thiết kế mô hình điều khiển giám sát cho hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc

LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn “Thiết kế mô hình điều khiển giám sát cho hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc” em làm Các số liệu tính toán hoàn toàn thực tế Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp mình, em sử dụng tài liệu tham khảo đƣợc liệt kê phần tài liệu tham khảo luận văn Hải Phòng, ngày 12 tháng năm 2015 Học viên Đoàn Đức Trọng i LỜI CÁM ƠN Em xin cám ơn thầy giáo TS Đinh Anh Tuấn, ngƣời hƣớng dẫn, bảo em để em hoàn thành đƣợc luận văn tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Khoa Điện – Điện tử thầy cô Viện Đào tạo sau Đại học Trƣờng Đại học Hàng hải Việt Nam hƣớng dẫn, giúp đỡ em để em hoàn thành đƣợc luận văn tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn ! Hải Phòng, ngày 12 tháng năm 2015 Học viên Đoàn Đức Trọng ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN………………………………………………………… i LỜI CÁM ƠN…………………………………………………………… ii MỤC LỤC……………………………………………………… iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU……….………… v DANH MỤC CÁC HÌNH………………………………………………… vi MỞ ĐẦU………………………………………………………………… CHƢƠNG KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÁCH SẢN PHẨM KHỎI KHUÔN ĐÚC…………………………………………… 1.1 Đặt vấn đề…………………………………………………………… 1.2 Giới thiệu hệ thống tự đống tách sản phẩm khỏi khuôn đúc……… 1.3 Các yêu cầu dây chuyền tách sản phầm………………………… 1.4 Đặc điểm hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc…… 1.4.1 Bài toán tách sản phẩm khỏi khuôn chế tạo……………………… 1.4.2 Một số hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn tiêu biểu…… 1.5 Khả ứng dụng hệ thống sản xuất công nghiệp 1.6 Đề xuất mô hình thiết kế…………………………………………… 10 1.6.1 Cấu trúc hệ thống………………………………………………… 10 1.6.2 Nguyên lý hoạt động chung……………………………………… 12 CHƢƠNG LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG………………………………………………………………… 14 2.1 Lựa chọn thiết bị cho mô hình……………………………………… 14 2.1.1 Cơ cấu thủy lực…………………………………………………… 14 2.1.2 Tính toán trang bị điện - điện tử…………………………………… 17 2.2 Xây dựng mô hình vật lý…………………………………………… 27 2.3 Nguyên lý hoạt động mô hình…………………………………… 31 iii CHƢƠNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT… 36 3.1 Đặt vấn đề…………………………………………………… 36 3.2 Phần mềm điều khiển logic khả trình……………………………… 36 3.2.1 Khái quát chung…………………………………………………… 36 3.2.2 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC S7-300 siemen……… 38 3.3 Thuật giải điều khiển chƣơng trình PLC………………………… 41 3.3.1 Thuật giải điều khiển……………………………………………… 41 3.3.2 Xây dựng chƣơng trình PLC……………………………………… 44 3.4 Phần mềm giám sát Wincc………………………………………… 53 3.4.1 Giới thiệu chung………………………………………………… 53 3.4.2 Chức wincc……………………………… 54 3.4.3 Tạo dự án Wincc…………………………………………… 54 3.5 Thiết kế giao diện cho hệ thống…………………………………… 55 3.6 Nhận xét chung mô hình vật lý…………………………………… 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………………… 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………… 68 PHỤ LỤC……………………………………………………………… 1/PL iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Giải thích DC1 Động DC2 Động DC2T Động quay thuận DC2N Động quay ngƣợc DC3 Động số DC4 Động số HT1 Công tắc hành trình HT2 Công tắc hành trình HT3 Công tắc hành trình MV1 Mạch van MV2 Mạch van MV3 Mạch van v DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ khối hệ thống gắp tôn 1.2 Đề xuất cấu trúc hệ thống tác sản phẩm khỏi khuôn đúc 11 2.1 Máy nén khí sử dụng mô hình 17 2.2 Hệ thống băng tải mô hình 19 2.3 Bố trí thiết bị bên cánh tủ điều khiển 24 2.4 Bố trí thiết bị cánh tủ điều khiển 25 2.5 2.6 Đèn, nút nhấn, aptomat bên tủ điều khiển mô hình Bo nguồn Rơ le, cầu chì dây bên tủ điều khiển mô hình 26 26 2.7 Thiết kế cấu trúc mô hình vật lý 28 2.8 Hệ thống bàn gắp sản phẩm đúc khuôn đúc mô hình 29 2.9 Bố trí thiết bị bên cánh tủ điều khiển 29 2.10 Bố trí thiết bị bên cánh tủ điều khiển 30 2.11 Mô hình hệ thống thực chọn chế độ Byhand 30 2.12 Trình tự hoạt động chế độ tay mô hình 34 3.1 Cấu trúc vòng quét chƣơng trình PLC 41 3.2 Lƣu đồ thuật giải điều khiển hệ thống 42 3.3 CPU địa đầu vào PLC sử dụng 44 3.4 Khai báo tên kiểu liệu cho biến 45 3.5 Network chƣơng trình PLC điều khiển 46 3.6 Network network chƣơng trình PLC điều khiển 47 3.7 Network chƣơng trình PLC điều khiển 47 3.8 Network chƣơng trình PLC điều khiển 48 3.9 Network chƣơng trình PLC điều khiển 48 3.10 Network chƣơng trình PLC điều khiển hệ thống 49 vi 3.11 Đấu nối tín hiệu PLC mô hình thực 49 3.12 Mạch cấp nguồn cho PLC thiết kế 50 3.13 Mạch đấu dây đầu vào PLC 51 3.14 Mạch đấu dây đầu PLC 52 3.15 Mô hình hệ thống hoàn chỉnh chọn chế độ auto 53 3.16 Khởi động WinCC 55 3.17 Tạo Project 56 3.18 Đặt tên cho Project vừa tạo 56 3.19 Sau tạo Project đặt tên Project 57 3.20 Cài đặt Driver kết nối PLC 57 3.21 Lựa chọn kết nối với phần mềm PLC S7 - 300 58 3.22 Tạo giao diện WinCC 59 3.23 Các công cụ Graphics Designer 60 3.24 Xây dựng giao diện WinCC hệ thống 62 3.25 Khai báo Tag ghép nối với PLC 63 3.26 Chạy Runtime WinCC 65 vii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đất nƣớc ta công đổi mới, ƣu tiên hàng đầu việc đẩy mạnh phát triển ngành khoa học kỹ thuật Với mục đích làm tăng suất lao động, tăng hiệu kinh tế giảm sức ngƣời việc nghiên cứu thiết kế dây chuyền hệ thống từ đơn giản đến phức tạp, từ tự động hoá công đoạn đến toàn dây chuyền sản xuất Với phát triển mạnh mẽ công nghệ cho đời linh kiện điện tử gọn nhẹ, làm việc ổn định với độ tin cậy cao giúp tạo sản phẩm với chất lƣợng cao, giá thành rẻ Cùng với hỗ trợ công nghệ thông tin, phần mềm điều khiển khả trình, phần mềm giám sát, vi xử lý thông minh đƣợc tạo trở thành công cụ hữu ích để phục vụ cho hệ thống tự động hoá Bên cạnh đó, máy tính đƣợc dùng nhƣ thiết bị vạn năng, đƣợc lắp đặt trực tiếp phòng điều khiển, dây chuyền…với nhiều mục đích khác từ giúp ngƣời vận hành tối ƣu dây chuyền sản xuất thu đƣợc hiệu cao Trong công toàn cầu hóa sản phẩm, mặt hàng từ nhỏ đến lớn đƣợc sản xuất cần phải đạt tiêu chuẩn chất lƣợng, độ xác cao mà phải đa dạng chủng loại…Để đáp ứng yêu cầu trên, nhiều khu công nghiệp đƣợc hình thành với trang thiết bị đại Việc ứng dụng hệ thống tự động hóa hoạt động sản xuất làm nâng cao chất lƣợng sản phẩm, hạ giá thành, sử dụng tiết kiệm nguồn nguyên liệu… Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn em lựa chọn đề tài “Thiết kế mô hình điều khiển giám sát cho hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc” để nghiên cứu Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu, phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc - Tính toán, lựa chọn trang bị điện - điện tử cho mô hình hệ thống - Thiết kế mô hình hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu đề tài nghiên cứu hệ thống tự động, dây chuyển sản xuất xí nghiệp công nghiệp từ tìm hiểu áp dụng để xây dựng hệ thống điều khiển giám sát cho dây chuyền tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc - Phạm vi nghiên cứu đề tài tính toán, thiết kế xây dựng đƣợc mô hình mô phần mềm chuyên ngành từ mô hình phát triển để xây dựng mô hình hệ thống lớn ứng dụng công nghiệp, phục vụ cho hoạt động sản xuất cho xí nghiệp đúc Phƣơng pháp nghiên cứu - Tìm hiểu, phân tích tài liệu, kế thừa công trình viết liên quan - Ứng dụng lý thuyết vào thực tế - Phƣơng pháp tính toán xử lý kết nghiên cứu - Phƣơng pháp thực nghiệm - Phƣơng pháp xây dựng mô hình mô hệ thống Ý nghĩa khoa học thực tiến - Đề tài có ý nghĩa khoa khả ứng dụng thực tiễn cao Khi xây dựng đƣợc hệ thống giúp ngƣời giải phóng khỏi lao động môi trƣờng độc hại, tăng suất lao động xí nghiệp công nghiệp - Để xây dựng đƣợc thành công mô hình cần phải nắm đƣợc kiến thức chuyện ngành, sử dụng tốt phần mềm chuyên ngành để qua áp dụng đƣa đƣợc hệ thống tối ứu mang ý nghĩa khoa học thực tiễn sản xuất phục vụ cho sản xuất công nghiệp hóa, đại hóa đất nƣớc ta CHƢƠNG KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG TÁCH SẢN PHẨM KHỎI KHUÔN ĐÚC 1.1 Đặt vấn đề Công nghiệp hóa - đại hóa diễn toàn cầu, kính tế nƣớc giới phải đồng tất lĩnh vực: công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ Điểm bật kinh tế phát triển không ngừng ngày đại ngành công nghiệp đặc biệt ngành công nghiệp điện - điện tử Nó khẳng định vị thế, sức mạnh khả ứng dụng thành tự khoa học kĩ thuật vào việc sản xuất sản phẩm quốc gia Sản xuất vật chất ngành công nghiệp đóng vai trò quan trọng kinh tế quốc dân, tạo sản phẩm đáp ứng nhu cầu ngày cao ngƣời Nó đòi hỏi ngành cần phải đổi không phƣơng thức sản xuất mà phải đổi cách thức sản xuất Với tƣ đó, ngƣời ta bắt đầu tính đến việc giảm bớt số lƣợng công nhân lao động tay việc tạo sản phẩm, thay vào dây chuyền sản xuất khâu sản xuất đảm bảo chức cụ thể Giống nhƣ ngành khác, công nghiệp điện - điện tử ngành công nghiệp trẻ, nhạy bén với tiến khoa học kỹ thuật ngành kỹ thuật tiên tiến đƣợc ƣu tiên hàng đầu giới Nó không cần sử dụng thiết bị đại mà cần phải đƣa phƣơng pháp tổ chức, quản lý sản xuất tiên tiến nhằm tạo sản phẩm có chất lƣợng cao, giá thành hạ thông qua việc sản xuất theo dây chuyền hàng loạt Việc kết hợp linh hoạt ngành điện - điện tử ngành khí tạo bƣớc tiến mang tính đột phá phát triển tự động hóa Nhờ kết hợp mang tính đột phá đó, số lƣợng khu công nghiệp lớn, vừa nhỏ đƣợc xây dựng với trang bị thiết bị, máy móc đại phục vụ sản xuất, kính doanh nhằm tạo sản phẩm chất lƣợng cao đáp ứng nhu cầu ngƣời TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS.TS Võ Trí An (2006)– Điều khiển logic thiết bị điện – điện tử NXB KHKT Hà Nội Ths Lê Văn Tiến Dũng (2010) – Giáo trình Điều khiển khí nén thuỷ lực – Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Tp Hồ Chí Minh TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy (2008) - Giao diện ngƣời - máy lập trình với S7 wincc 6.0 - Nhà xuất Hồng Đức Phạm Xuân Khánh, Phạm Công Dƣơng, Bùi Thị Thu Hà (2011) - Thiết bị điều khiển khả trình – Nhà xuất giáo dục Việt Nam Dr - Ing Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà (2007) - Tự động hóa với Simatic S7 - 300 – NXB KHKT Hà Nội PGS.TS Nguyễn Trọng Thuần (2006) – Điều khiển logic ứng dụng 67 PHỤ LỤC Hình Bản vẽ thiết kế cấu trúc mô hình vật lý 1/PL Hình Bản vẽ bố trí thiết bị bên cánh tủ điều khiển 2/PL Hình Bản vẽ bố trí thiết bị bên cánh tủ điều khiển 3/PL Hình Bản vẽ sơ đồ mạch cấp nguồn cho hệ thống 4/PL Hình Bản vẽ sơ đồ mạch động lực động băng tải 5/PL Hình Bản vẽ sơ đồ mạch động lực van 6/PL Hình Bản vẽ sơ đồ mạch đèn báo 7/PL Hình Bản vẽ sơ đồ mạch lựa chọn chế độ khởi động 8/PL Hình Bản vẽ sơ đồ mạch điều khiển băng tải 9/PL Hình 10 Bản vẽ sơ đồ mạch điều khiển van nén 10/PL Hình 11 Bản vẽ sơ đồ mạch cấp nguồn cho PLC 11/PL Hình 12 Bản vẽ sơ đồ mạch đấu dây đầu vào PLC 12/PL Hình 13 Bản vẽ sơ đồ đấu dây mạch đầu PLC 13/PL Hình 14 Bản vẽ sơ đấu dây mạch công tắc hành trình 14/PL ... Thiết kế mô hình điều khiển giám sát cho hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc để nghiên cứu Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu, phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống tự động tách sản phẩm. .. Một số hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn tiêu biểu a Máy gắp tôn tự động Hệ thống gắp tôn tự động đƣợc mô tả nhƣ hình 1.1 Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống gắp tôn Mô tả hệ thống: - Hệ thống. .. thiệu hệ thống tự đống tách sản phẩm khỏi khuôn đúc …… 1.3 Các yêu cầu dây chuyền tách sản phầm………………………… 1.4 Đặc điểm hệ thống tự động tách sản phẩm khỏi khuôn đúc … 1.4.1 Bài toán tách sản phẩm