ỨNG DỤNG PLC VÀO THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH TAY MÁY

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ & CƠNG NGHỆ  NGUYỄN ĐÌNH HUY ỨNG DỤNG PLC VÀO THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH TAY MÁY Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NƠNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ & CƠNG NGHỆ  ỨNG DỤNG PLC VÀO THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH TAY MÁY Chun ngành: Điều Khiển Tự Động Giáo viên hướng dẫn: Th.S Đặng Phi Vân Hài Sinh viên thực hiện: Nguyễn Đình Huy Tp Hồ Chí Minh Tháng 08 năm 2008 MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING NONG LAM UNIVERSITY FACULTY OF ENGINEERING & TECHNOLOGY  APPLYING PLC IN DESIGNING AND CONTROLLING THE MODEL OF MANIPULATOR Specialty: Automatic Control Supervisor: Ms.E Dang Phi Van Hai Student: Nguyen Dinh Huy Ho Chi Minh, city August, 2008 LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn ! Em xin chân thành cảm ơn tất Quý Thầy / Cơ khoa Cơ Khí Cơng Nghệ Quý Thầy / Cô Trường Đại Học Nông Lâm TP Hồ Chí Minh trang bị cho em kiến thức quý báu giúp đỡ em suốt thời gian học tập trường Em xin chân thành cảm ơn Cô Đặng Phi Vân Hài tận tình bảo, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp chuyên ngành Điều Khiển Tự Động Em xin cảm ơn Quý Thầy / Cô ngồi mơn Điều Khiển Tự Động giúp đỡ em suốt thời gian qua Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Q Thầy / Cơ bỏ thời gian quý báu để nhận xét chấm Luận Văn Tốt Nghiệp Cuối cùng, xin cảm ơn người bạn Lớp DH04TD DH05TD giúp đỡ trình làm Luận văn Sinh viên thực Nguyễn Đình Huy i Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy ỨNG DỤNG PLC VÀO THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH TAY MÁY Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Đình Huy Th.S Đặng Phi Vân Hài TĨM TẮT ĐỀ TÀI Cùng với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, thuật ngữ “Robot” đóng góp Robot vào phát triển cơng nghiệp nhiều dạng khác nhằm mục đích tiết kiệm sức người, tăng suất lao động, nâng cao chất lượng sản phẩm, đảm bảo an toàn lao động giải phóng người khỏi cơng việc nặng nhọc - khơng điều q xa lạ Ngày nay, Robot ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, thay cho hoạt động người nông nghiệp, công nghiệp, y học, hỗ trợ người tàn tật, v.v…Đặc biệt lĩnh vực cơng nghiệp tự động hóa, Robot (Tay máy Robot) áp dụng nhiều khâu, công đoạn khác như: lắp ráp, hàn hồ quang, kiểm tra chất lượng sản phẩm, gắp vật liệu hay phân loại phôi, … Tuy nhiên Việt Nam nay, công nghệ Robot non trẻ so với nước đại giới Với gợi ý hướng dẫn cô Đặng Phi Vân Hài, em tìm hiểu, chế tạo điều khiển mơ hình tay máy thông qua điều khiển PLC SIEMENS họ S7–200 với mong muốn đưa lý thuyết điều khiển học vào ứng dụng, phát triển đề tài vào thực tế Tuy cố gắng giải yêu cầu toán đặt tương đối trọn vẹn, chắn em tránh khỏi nhiều thiếu sót phương án giải Em mong nhận đóng góp ý kiến Quý Thầy / Cô bạn bè để đề tài em ngày hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Nguyễn Đình Huy SVTH: Nguyễn Đình Huy ii GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Applying PLC In Designing And Controlling The Model Of Manipulator APPLYING PLC IN DESIGNING AND CONTROLLING THE MODEL OF MANIPULATOR Student: Supervisor: Nguyen Dinh Huy Ms.E Dang Phi Van Hai SUMMARY Along with incessant science and technology development, “Robot” term and Robot’s contribution in various forms of industry expansion – towards saving human physical strength, increasing labor productivity, enhancing quality of products, guaranteeing industrial safety and relieving human of hard work – are not so strange nowadays Today, Robots have been widely applied in many fields of replacing human activity, such as agriculture, industry, medicine, supporting the handicapped, etc… Especially in industry and automatization, Robots (or Manipulators) have been put into phases of a production line: fitting, electric arc welding, quality goods verifying, material picking and work piece classification,… Nevertheless, Robotic Technique in Vietnam today has been still rather fledgling in comparison with modern countries in the world Thus, along with Mrs Dang Phi Van Hai’s instruction, I had studied, manufactured, and controlled manipulator model through PLC S7–200 SIEMENS, to apply controlling theory as well as growing the thesis to practice Though trying my best to solve whole required problem relatively, but I cannot avoid shortcomings in my resolution I desire to receive constructive ideas of your distinguished Teachers and my friends in order that I can improve my thesis more perfectly I express heartfelt thanks your distinguished Teachers and my friends Student: Nguyen Đinh Huy iii Supervisor: Ms.E Đang Phi Van Hai Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy MỤC LỤC Trang tựa Trang Lời cảm ơn .i Tóm tắt đề tài ii Mục lục iv Danh sách hình vii Chương MỞ ĐẦU Chương TRA CỨU TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược trình phát triển tay máy robot 2.2 Ứng dụng tay máy robot công nghiệp sản xuất .4 2.3 Các khái niệm định nghĩa tay máy 2.3.1 Bậc tự tay máy robot .5 2.3.2 Hệ tọa độ .5 2.3.3 Trường công tác tay máy robot 2.4 Cấu trúc tay máy .7 2.4.1 Các thành phần tay máy 2.4.2 Kết cấu tay máy .8 2.5 Phân loại tay máy .10 2.5.1 Phân loại theo kết cấu 10 2.5.2 Phân loại theo hệ thống truyền động .10 2.5.3 Phân loại theo ứng dụng .11 2.5.4 Phân loại theo cách thức đặc trưng phương pháp điều khiển 11 2.6 Sơ lược PLC 11 2.6.1 Thiết bị điều khiển khả trình PLC .11 2.6.2 PLC siemens 11 2.7 Các Loại PLC sử dụng Việt Nam 15 SVTH: Nguyễn Đình Huy iv GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy 2.7.1 PLC CommanD 15 2.7.2 SIMATIC S7-300 16 2.7.3 ADAM-5000 16 2.7.4 PLC SYSMAC CP1H 17 2.7.5 PLC NAiS 17 2.7.6 Bộ lập trình logic ZEN .17 2.7.7 PLC Rockwell Automation 18 2.7.8 PLC Yokogawa 18 Chương PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN .19 3.1 Phương pháp 19 3.1.1 Thiết kế - chế tạo mơ hình 19 3.1.2 Viết chương trình điều khiển .19 3.2 Phương tiện 19 3.2.1 Thiết bị khí, điện dùng để đo đạc chế tạo mơ hình .19 3.2.2 Thiết bị cấu hình có sẵn 20 Chương THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .21 4.1 Kết cấu tay máy 21 4.1.1 Khái niệm tay gắp chuẩn 21 4.1.2 Phân loại tay gắp 21 4.1.3 Tay gắp sử dụng nam châm .22 4.1.4 Sơ đồ mơ hình tay máy thơng số kỹ thuật 22 4.2 Mạch công suất 23 4.2.1 Mạch khuếch đại công suất 23 4.2.2 Mạch khuếch đại tín hiệu cảm biến 24 4.3 Điều khiển tay máy sử dụng PLC S7 – 200 25 4.3.1 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7 – 200 25 4.3.2 Ngôn ngữ lập trình Ladder (Lad) 26 4.4 Kết nối phần cứng PLC vào mô hình tay máy 27 4.4.1 Yêu cầu toán 27 4.4.2 Thực kết nối PLC với mơ hình máy tính 27 4.4.3 Giải thuật điều khiển cho mơ hình tay máy .28 SVTH: Nguyễn Đình Huy v GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .38 5.1 Những kết đạt 38 5.2 Những đề nghị hướng phát triển đề tài .39 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC SVTH: Nguyễn Đình Huy vi GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy DANH SÁCH CÁC HÌNH Chương Trang Hình 2.1: Các tọa độ suy rộng Robot Hình 2.2: Biểu diễn trường công tác Robot Hình 2.3: Robot kiểu tọa độ Descarde Hình 2.4: Robot kiểu tọa độ trụ .6 Hình 2.5: Robot kiểu tọa độ cầu Hình 2.6: Robot hoạt động theo tọa độ góc Hình 2.7: Robot kiểu SCARA .7 Hình 2.8: Sơ đồ tổng quát CPU / PLC 10 Hình 2.9: PLC CommanD CD6000 13 Hình 2.10: PLC S7-300 .13 Hình 2.11: PLC Omron .14 Hình 2.12: PLC Sysmac CPH1 14 Hình 2.13: PLC NAiS 15 Hình 2.14: Bộ lập trình ZEN .15 Hình 2.15: PLC Rockwell Automation .16 Hình 2.16: PLC Yokogawa 16 Chương Hình 4.1: Sơ đồ mơ hình tay máy 22 Hình 4.2: Mạch cơng suất 24 Hình 4.3: Mạch nhận tín hiệu cảm biến .25 Hình 4.4: Sơ đồ ghép nối S7-200 với máy tính 27 Hình 4.5: Sơ đồ khối trình điều khiển 29 Hình 4.6: Mơ hình hồn chỉnh tay máy .37 SVTH: Nguyễn Đình Huy vii GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy Mạch in mạch cơng suất Hình 2: Mạch cơng suất hồn thành Hình 3: Mạch in mạch cơng suất SVTH: Nguyễn Đình Huy 42 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy Chương trình PLC hồn thành  Bảng Symbol Hình 4: Bảng Symbol chương trình MicroWin Simatic S7-200 SVTH: Nguyễn Đình Huy 43 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy  Chương trình MAIN SVTH: Nguyễn Đình Huy 44 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mô Hình Tay Máy SVTH: Nguyễn Đình Huy 45 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy  Chương trình HOME SVTH: Nguyễn Đình Huy 46 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy Chương trình BANG_TAI Chương trình GAP SVTH: Nguyễn Đình Huy 47 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy Chương trình DI_XUONG SVTH: Nguyễn Đình Huy 48 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy Chương trình DI_LEN SVTH: Nguyễn Đình Huy 49 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy Chương trình QUAY_P SVTH: Nguyễn Đình Huy 50 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy Chương trình XUONG_THA SVTH: Nguyễn Đình Huy 51 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mô Hình Tay Máy Chương trình RESET SVTH: Nguyễn Đình Huy 52 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy Chương trình QUAY_T SVTH: Nguyễn Đình Huy 53 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy  Chương trình LEN_2 SVTH: Nguyễn Đình Huy 54 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy  Chương trình XUONG_2 SVTH: Nguyễn Đình Huy 55 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mô Hình Tay Máy SVTH: Nguyễn Đình Huy 56 GVHD: Th.S Đặng Phi Vân Hài ... tài: Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy Mục đích đề tài: - Tìm hiểu khả ứng dụng PLC vào điều khiển tay máy robot - Tìm hiểu ứng dụng kết cấu loại tay máy robot - Thiết kế. .. Luận văn Sinh viên thực Nguyễn Đình Huy i Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy ỨNG DỤNG PLC VÀO THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MƠ HÌNH TAY MÁY Sinh viên thực hiện: Giáo viên hướng dẫn:... Hài Ứng Dụng PLC Vào Thiết Kế Và Điều Khiển Mơ Hình Tay Máy 2.5.3 Phân loại theo ứng dụng Dựa vào ứng dụng tay máy robot sản xuất có tay máy robot sơn, hàn, lắp ráp hay chuyển phôi, … , tay máy