PHÂN TÍCH CHỌN PLC, đặt địa CHỈ, THIẾT kế sơ đồ NGUYÊN lý

Giới thiệu chung về hệ thống phân loại sản phẩm Ngày nay trong công cuộc đổi mới khoa học kỹ thuật tiến bộ thì việc sử dụngcác loại máy móc đang dần thay thế sức lao động của con người.

PHẦN 1.PHÂN TÍCH YÊU CẦU CÔNG NGHỆ LỰA CHỌN

PHƯƠNG ÁN THỰC HIỆN

1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống phân loại sản phẩm trong công nghiệp

1.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phân loại sản phẩm

Ngày nay trong công cuộc đổi mới khoa học kỹ thuật tiến bộ thì việc sử dụngcác loại máy móc đang dần thay thế sức lao động của con người.Khoa học kỹthuật áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực từ sản xuất công nghiệp,nông nghiệp,ytế,học đường…trong đó công nghệ tự động hóa được chú trọng hàng đầu.quaquá trình nghiên cứu của các nhà khoa học thì việc sản xuất ra những thiết b ịhiện đại đem lại hiệu quả cao

Đối với ngành công nghiệp sản xuất,chế tạo ta có thể thấy rất rõ các thành tựu

đã đạt được của kho học kỹ thuật nói chung và tự động hóa nói riêng

Trong các xí nghiệp sản xuất thì đều được chia ra làm nhiều công đoạn,dâytruyền khác nhau.Một trong những công đoạn đó là dây truyền phân loại sảnphẩm.điều này thấy rất rõ trong công nghiệp sản xuất hàng hóa đóng thùng Mục đích hàng đầu của các xí nghiệp ,doanh nghiệp là đạt chỉ tiêu về số lượngcũng như về chất lượng.Vì vây,mỗi công đoạn cần tính toán thiết kế đảm bảonăng suất,giảm thời gian quá độ giữa các công đoạn.Từ đó tiết kiệm chị phí sảnxuất,tăng năng suất,chất lượng sản phẩm.Hàng hóa chủ yếu được sản xuất dướihình thức hàng loạt,vì vậy sản phẩm sản xuất ra cần được phân loại theo hìnhthức

Do vậy,trong sản xuất công nghiệp nói chung và hàng hóa nói riêng thì côngđoạn phân loại là rất quan trọng.nó quyết định rất lớn tới các công đoạn sau đó Ngày nay,phân loại sản phẩm được chia ra làm rất nhiều hình thức khác nhautùy theo yêu cầu của sản phẩm đặt ra trong đó có các hình thức phổ biến như :Phân loại sản phẩm theo chiều cao

Phân loại sản phẩm theo khối lượng

Phân loại sản phẩm theo màu sắc

Phân loại sản phẩm,phế phẩm

1.1.2 Phân tích yêu cầu công nghệ

1.1.2.1 Yêu cầu công nghệ

Khi ấn nút START hệ thống bắt đầu làm việc: Băng tải 1 vận chuyển sản phẩmtới băng tải 2.Nếu sản phẩm là thấp băng tải 2 sẽ chạy thuận,nếu sản phẩm tới làcao thì băng tải 2 sẽ chạy nghịch.Khi băng tải 2 dừng thì băng tải 1 sẽ chạylại.Khi số sản phẩm thấp vào thùng là 10 hoặc số sản phẩm cao vào thùng là 10sản phẩm thì băng tải vận chuyển tạm nghỉ 5 phút để băng tải di chuyển thùngsản phẩm đi đóng gói.Hệ thống lặp lại như cũ khi vận chuyển thùng sản phẩmxong,thúng mới vào vị trí nhận sản phẩm.Hệ thống sẽ ngừng làm việc khi ấn nútSTOP.Dộng cơ truyền động băng tải 1 có 2 cấp tốc độ và có bảo vệ quá tải vàngắn mạch

1.1.2.2 Phân tích hệ

Phân tích hệ: có thể phân hệ thống điều khiển vận chuyển và phân loại sản phẩmthành 2 hệ

-Hệ điều khiển băng tải 1:

TT1 là trạng thái đầu khi cấp nguồn cho hệ

TT2 là trạng thái băng tải dừng sau khi ấn nút start

TT3 là trạng thái băng tải chạy

TT4 là trạng thái băng tải dừng khi có sự cố

Khi cấp nguồn cho hệ thì hệ ở trạng thái T1, ấn nút khởi động start hệ chuyểnsang trạng thái T2, nếu băng tải 2 đang dừng và có sản phẩm trên băng tải tải 1thì hệ chuyển sang trạng thái T3 Khi băng tải chạy nếu cảm biến thứ 2 phát hiện

có sản phẩm thì sau 3s hệ chuyển sang trạng thái T2.Khi hệ thống gặp sự cố quátải hay ngắn mạch thì hệ thống sẽ chuyển từ trạng thái T3 sang trạng thái T4,khi

sự cố đã được giải trừ thì hệ tiếp tục làm việc Khi đang chạy hoặc đang dừng

mà ấn nút dừng stop thì hệ chuyển về trạng thái T1(từ T2 về T1 hoặc từ T3 vềT1)

-Hệ điều khiển băng tải 2:

TT1 là trạng thái hệ được cấp nguồn để chuẩn bị làm việc

TT2 là trạng thái hệ được kích hoạt

TT3 là trạng thái băng tải chạy thuận

TT4 là trạng thái băng tải chạy nghịch

TT5 là trạng thái hệ chờ để thay thùng sản phẩm mới

Sau khi hệ được đóng nguồn thì ở trạng thái T1, ấn nút start hệ chuyển sangtrạng thái T2 Từ trạng thái T2 hoặc hệ chuyển sang trạng thái T3 sau khi pháthiện sản phẩm cao một khoảng thời gian 3s hoặc hệ chuyển sang trạng thái T4sau phát hiện sản phẩm thấp một khoảng thời gian 3s Hệ ở trạng thái T3 hoặcT4 trong khoảng thời gian 7s rồi chuyển về trạng thái T2 Hệ chuyển từ trạngthái T3 hoặc T4 về trạng thái T5 khi C=10 Sau khi hệ ở trạng thái T5 trongkhoảng thời gian 5 phút thì hệ chuyển về trạng thái T2 Khi hệ đang ở trạng tháibất kì nào đó mà ấn nút stop thì hệ chuyển về trạng thái T1

1.2 Lựa chọn phương án thực hiện

1.2.1 Nút ấn

Nút ấn (nút điều khiển) là khí cụ điện dùng để đóng, ngắt từ xa các thiết bị điện

từ khác nhau, chuyển đổi các mạch điều khiển

Nút ấn có hai loại:

+ Nút ấn thường mở:

+ Nút ấn thường kín:

M mm M

1.2.2 Động cơ truyền động cho các hệ thống

Động cơ là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống ,thường xuyên phải

làm việc với nhiều trạng thái như là khởi động (quá trình quá độ),trạng thái quá

tải , trạng thái hãm.Hiện nay chia ra làm hai loại động cơ chính là:

+ Động cơ điện xoay chiều

+ Động cơ điện 1 chiều

1.2.2.1 Động cơ điện xoay chiều

-Động cơ không đồng bộ:

Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công

suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỉ lệ rất lớn so với động cơ khác Sở

dĩ như vậy: là do động cơ không đồng bộ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vật

hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều 3 pha , và về

kinh tế giá thành nhỏ hơn so với động cơ một chiều Động cơ không đồng bộ có

hai loại chính là:

+ Động cơ rôto lồng sóc

+ Động cơ rô to dây quấn

Ký hiệu động cơ không b) Ký hiệu động cơ không

đồng bộ ba pha rôto lồng sóc đồng bộ ba pha rôto dây quấn

-Động cơ đồng bộ:

Động cơ đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong những truyền động công suấttrung bình và lớn ,có yêu cầu ổn định tốc độ cao Động cơ đồng bộ thường dùngcho máy bơm quạt gió , hệ truyền động trong nhà máy luyện kim và cũngthường dùng làm động cơ sơ cấp trong các tổ máy phát - Động cơ công suất lớn.Động cơ đồng bộ có độ ổn định tốc độ cao hệ số cosφ và hiệu suất lớn ,vận hànhtin cậy

1.2.2.2 Động cơ một chiều

Động cơ một chiều được ra đời rất sớm và cơ sở lý thuyết về loại động cơ này

đã được hoàn thiện Hiện nay nó chiếm 70 % trong các hệ truyền động từ côngsuất nhỏ đến công suất lớn Tuỳ thuộc vào yêu cầu hệ truyền động mà động cơmột chiều có cuộn kích từ mắc nối tiếp hay song song với phần ứng nên chialàm hai loại động cơ một chiều:

+Động cơ một chiều kích từ độc lập

+Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

+Động cơ một chiều hỗn hợp

-Động cơ một chiều kích từ nối tiếp

Sơ đồ nguyên lý và dạng đặc tính cơ như hình vẽ

®c

rf ckt

Sơ đồ nguyên lý và dạng đặc tính cơ như hình vẽ

Đặc điểm: Đối với động cơ loại này cuộn kích từ mắc độc lập với phần ứngđộng cơ nên tiết diện dây nhỏ ,điện trở lớn ,dòng kích từ không phụ thuộc vàotính chất của tải

-Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp

Loại động cơ này có 2 cuộn dây kích từ một cuộn mắc song song ,một mắc nốitiếp với phần ứng động cơ vì vậy nó tận dụng được các ưu điểm của động cơmột chiều kích từ nối tiếp và kích từ độc lập

Kết luận:

Qua phân tích và các nhận xét về các loại động cơ ta thấy mỗi loại động cơ cónhững ưu điểm riêng cho từng loại phụ tải giá thành và môi trường làmviệc Căn cứ vào yêu cầu thiết kế của đề tài thấy động cơ một chiều có nhiều ưuđiểm hơn động cơ xoay chiều

Vì vậy em chọn động cơ một chiều kích từ độc lập làm động cơ truyền động

trong hệ thống.

1.2.3 Cảm biến

Hình ảnh một số loại cảm biến thông dụng

Các cảm biến (Sensor) giúp cho PLC phát hiện các trạng thái và đo lường cácgiá trị của một quá trình Cảm biến Logic chỉ xác định trạng thái đúng hay saicủa một hiện tượng vật lý, còn cảm biến liên tục biến đổi hiện tượng vật lý thànhcác tín hiệu đo lường được dưới dạng điện áp hay dòng điện

Các loại cảm biến logic cơ bản thường gặp:

+ Cảm biến điện cảm (Inductive Sensor)

+ Cảm biến điện dung (Capacitive Sensor)

+ Cảm biến quang (Optical Sensor)

+ Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensor)

+ Cảm biến tiếp xúc cơ…

Các loại cảm biến tương tự cơ bản thường gặp:

+ Cảm biến góc quay/Cảm biến vị trí

Trong các dây chuyền sản xuất băng tải được sử dụng khá phổ biến,nó đượcdùng làm phương tiện di chuyển từ công đoạn này đến công đoạn khác.Nó giúpgiảm thời gian di chuyển cũng như sức lao động của con người

Dưới đây là một số hình ảnh của băng tải:

Ưu điểm của băng tải:

Cấu tạo đơn giản,bền có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo phươngngang,phương nghiêng hoặc kết hợp cả phương ngang và phương nghiêng.Vốn đầu tư không cao,vận hành đơn giản,bảo dưỡng,sửa chữa,thay thế dễdàng.Độ tin cậy cao nhất là khi vận chuyển sản phẩm theo chu kỳ ở công đoạnnhất định,tiêu hao năng lượng nhỏ hơn so với các máy vận chuyển ở cùng 1năng suất

Cấu tạo của băng tải:

Chú thích:

1: Bộ phận kéo cùng các yếu tố trực tiếp mang vật

2: Trạm dẫn động,truyền chuyển động cho bộ phận kéo

3: Bộ phận căng,tạo lực cần thiết cho bộ phận kéo

4: Hệ thống đỡ băng (con lăn,giá đỡ),làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu

tố làm việc

-Một số loại băng tải thường sử dụng trong thực tế

Băng tải dây đai có tải trọng <50 kg

Băng tải thanh đẩy (50-250 kg)

Băng tải lá (25-125 kg)

-Chọn băng tải cho công đoạn phân loại sản phẩm

Do công đoạn là phân loại sản phẩm theo chiều cao nên yêu cầu băng tải phảibằng phẳng để đẩm bảo độ tin cậy cho cảm biến

Từ những yêu cầu thực tế của quá trình công nghệ ta chọn loại băng tải dây đai

cỏ tải trọng nhỏ <50 kg.có phạm vi ứng dụng rộng rãi để vận chuyển sản phẩm

đi đóng gói

-Đặc biệt băng tải dây đai còn có ưu điểm rất lớn sau:

Tải trọng băng tải nhỏ

Kết cấu cơ khí đơn giản

Dễ dàng hiệu chỉnh băng tải

PHẦN 2.PHÂN TÍCH CHỌN BIẾN VÀO/RA, MÔ TẢ HỆ THỐNG,

+ X2: Cảm biến s2 có chức năng phân loại sản phẩm cao, X2 =1 cảm biếnphát hiện sản phẩm, X2 =0 cảm biến chưa phát hiện sản phẩm

+ X3: Cảm biến s2 có chức năng là đầu vào kích cho bộ đếm timer 3s và làcảm biến phân loại sản phẩm thấp, X3=1 cảm biến phát hiện sản phẩm, X4 =0cảm biến chưa phát hiện sản phẩm

- F: tín hiệu sự cố

+F1: sự cố ngắn mạch, F1=1~ không có sự cố, F1=0~ có sự cố

+F2: sự cố quá tải, F2=1~ không có sự cố, F2=0~ có sự cố

- T: Biến thời gian

+ T1: biến thời gian bằng 3s, T1=1~ thời gian lớn hơn hoặc bằng 3s, T1=0~thời gian nhỏ hơn 3s

+ T2: biến thời gian bằng 7s, T2=1~ thời gian lớn hơn hoặc bằng 7s, T2=0~thời gian nhỏ hơn 7s

+ T3: biến thời gian bằng 5 phút, T3=1~ thời gian lớn hơn hoặc bằng 5 phút,T3=0~ thời gian nhỏ hơn 5 phút

- Y: là biến ra điều khiển động cơ băng tải 1

- T: là biến ra điều khiển băng tải 2 chạy thuận

- N: là biến ra điều khiển băng tải 2 chạy ngược

2.2 Mô tả hệ thống và thiết kế hàm logic

2.2.1 Các phương pháp mô tả hệ thống

Phương pháp bảng chuyển trạng thái:

Phương pháp này mô tả quá trình chuyển đổi trạng thái dưới hình thức bảng+ Các cột của bảng ghi các biến vào và biến ra

+Các hàng của bảng ghi các trạng thái trong của mạch (S1, S2, S3…).Số hàngcủa bảng chỉ rõ số trạng thái trong cần có của hệ

+ Các ô giao nhau của cột biến vào và các hàng trạng thái sẽ ghi trạng thái củamạch Nếu trạng thái mạch trùng với tên hàng thì đó là trạng thái “ổn định”, nếutrạng thái mạch không trùng với tên hàng thì đó là trạng thái “không ổn định”.+ Các ô giao nhau của cột tín hiệu ra và các hàng trạng thái sẽ ghi giá trị tín hiệu

ra tương ứng

Phương pháp đồ hình trạng thái:

Đồ hình trạng thái là hình vẽ mô tả các trạng thái chuyển của một mạch logictrình tự, đồ hình gồm các đỉnh và các cung định hướng trên đó ghi các tín hiệuvào/ra và kết quả.Phương pháp này thường chỉ dùng cho hàm một đầu ra Ta sẽxét hai loại: đồ hình Mealy và đồ hình Moore

- Đồ hình Mealy

Đồ hình Mealy gồm các đỉnh biểu diễn các trạng thái trong của mạch và cáccung định hướng, trên các cung ghi biến tác động và kết quả hàm khi chịu sự tácđộng của biến đó.Đồ hình Mealy chính là chuyển bảng trạng thái thành dạng đồhoạ

2.2.2 Hệ thống điều khiển băng tải 1

- Dựa vào phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống băng tải 1 trong mục 1.1.2 taxây dựng được đồ hình Moore của hệ thống như sau:

- Do hệ thống có 5 trạng thái nên ta chọn 03 phần tử nhớ A,B,C loại RS để lưucác trạng thái trên Mã hóa các trạng thái như hình sau:

TT1

Y=0

TT2 Y=0

TT3 Y=1 TT4

T 1+C1+C2

TT5 Y=x

X YZ 00 01 11 10

Y=Z

2.2.3 Hệ thống điều khiển băng tải 2

- Dựa vào phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống trong mục 1.1.2 ta xây dựngđược đồ hình Moore của hệ thống như sau:

- Do hệ thống có 10 trạng thái nên ta chọn 04 phần tử nhớ A,B,C,D loại RS đểlưu các trạng thái trên Mã hóa các trạng thái như hình sau:

TT7 TN=XX

TT5 TN=00

TT9 TN=XX

TT10 TN=XX

d'

d' d'

SD=´ABC D´ ×T2+´AB C ´D´ ×(C1+C2)+ABCD´×´d

- Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On-Delay Timer), ký hiệu là TON

- Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On-Delay Timer), ký hiệu là TONR Trong đồ án này em chọn Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (TON) có thờigian trễ là 1s

- Tín hiệu kích thích cho bộ định thời tạo thời gian trễ t=3s là X2=1 hoặc X2=1

- Gía trị đặt trược C=10

- Tín hiệu kích thích đếm:

+ Đếm sản phẩm cao X2=1 và X3=1

+ Đếm sản phẩm thấp X3=1

PHẦN 3.PHÂN TÍCH CHỌN PLC, ĐẶT ĐỊA CHỈ, THIẾT KẾ SƠ ĐỒ

NGUYÊN LÝ

3.1 Phân tích chọn PLC

3.1.1 Giới thiệu chung về PLC

PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển logic lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiểnlogic thông qua một ngôn ngữ lập trình

PLC được cấu thành từ hai phần chính:

+ Phần cứng: Được cấu tạo nên bởi vi xử lý, ROM, RAM

+ Phần mềm: Thực chất là một ngôn ngữ dịch để tạo ra ngôn ngữ lập trình gầncon người nhất và tối giản nhất, nó có nhiệm vụ chỉ ra các thiết bị được sử dụng với địa chỉ cụ thể và chức năng với thông số cụ thể cũng như cách nối các thiết

bị với nhau Phần mềm này cho phép ta lập được chương trình điều khiển theocông nghệ có thể thực hiện trên máy tính PC hoặc trên máy lập trình PG sau đóchuyển chương trình vào bộ nhớ RAM

Thực tế trong công nghệ để đảm bảo độ tin cậy sau khi lập trình chương trình điều khiển chạy thử kiểm nghiệm đảm bảo thì chuyển chương trình vào EPROMkhi đó trong quá trình sử dụng không sợ chương trình bị thay đổi

3.1.2 Giới thiệu họ PLC S7-200

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens (CHLB Đức),

có cấu trúc theo kiểu module và có các modulee mở rộng Các module này được

sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau S7-200 được cấu tạotheo các module trong đó module chính là module chứa CPU có địa chỉ cửa vào

ra, còn các module mở rộng có thể là tương tự hoặc số và địa chỉ hoàn toàn phụthuộc vào kiểu module và vị trí của module trong hệ vì vậy không ghi địa chỉ Thành phần cơ bản của S7 - 200 là khối vi xử lý CPU 212 hoặc CPU 214 Về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của hai loại CPU này nhận biết được nhờ sốđầu vào/ra nguồn cung cấp

- CPU 212 có 8 cổng vào, 6 cổng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng

+ 512 từ đơn tức là 1KB để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ

đọc/ghi được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EPROM

+ Có 8 cổng vào logic và 6 cổng ra logic

+ Có thể ghép nối thêm 2 module để mở rộng số cổng vào/ra, bao

gồm cả module tương từ (analog)

+ Tổng số cổng logic vào/ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra

+ Có 64 bộ tạo thời gian trễ

+ Có 64 bộ đếm, chia làm hai loại: loại bộ đếm chỉ đếm tiến và loại

vừa đếm tiến vừa đếm lùi

+ 368 bít nhớ đặc biệt, sử dụng làm các bít trạng thái hoặc các bít đặt

chế độ làm việc

+ Có các chế độ ngắt và xử lý tín hiệu ngắt khác nhau bao gồm ngắt

truyền thông, ngắt theo sườn lên hoặc sườn xuống, ngắt theo thời gian và

ngắt báo hiệu của bộ đếm tốc độ cao (2 KHz)

+ Bộ nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 50h khi PLC bị

mất nguồn nuôi

CPU 214 bao gồm

+ 2048 từ đơn (4KB) để lưu chương trình thuộc miền bộ nhớ đọc/ghi

được và không bị mất dữ liệu nhờ có giao diện với EEPROM

+ Có 14 cổng vào và 10 cổng ra logic

+ Có 7 module để mở rộng thêm cổng vào/ra bao gồm cả module

analog

+ Tổng số cổng vào ra cực đại là 64 cổng vào và 64 cổng ra

+ Có 128 bộ tạo thời gian trễ

+ Có 128 bộ đếm chia làm hai loại chỉ đếm tiến và vừa đếm tiến vừa