THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐÓNG GÓI KẸO TỰ ĐỘNG DẠNG ĐỨNG LOẠI VIÊN TRÒN Họ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH  KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐÓNG GÓI KẸO TỰ ĐỘNG DẠNG ĐỨNG LOẠI VIÊN TRÒN Họ và tên si

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH



KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ, LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐÓNG GÓI KẸO

TỰ ĐỘNG DẠNG ĐỨNG LOẠI VIÊN TRÒN

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN ANH TIẾN

THIẾT KẾ, ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH MÁY ĐÓNG GÓI KẸO TỰ ĐỘNG DẠNG ĐỨNG LOẠI VIÊN TRÒN

Tác giả

NGUYỄN ANH TIẾN

Khoá luận được đệ trình đề để đáp ứng yêu cầu

cấp bằng Kỹ sư ngành Điều Khiển Tự Động

Giáo viên hướng dẫn:

Ks Phạm Thanh Lưu

LỜI CẢM ƠN

Chân thành biết ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM, Ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí – Công Nghệ Trường Đại Học Nông Lâm Tp.HCM đã tạo điều khiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian theo học tại trường và hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn anh Phạm Thanh Lưu đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện tốt nhất cho em trong suốt thời gian thực hiện khóa luận

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Văn Bạn và toàn thể thầy cô trong bộ môn Điều Khiển Tự Động cùng tập thể thầy cô khoa Cơ Khí – Công Nghệ đã tận tình dạy dỗ truyền đạt kiến thức kỹ thuật, kinh nghiệm chuyên môn cũng như kinh nghiệm sống trong 4 năm học vừa qua

Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ và động viên em những lúc khó khăn để có thể hoàn thành khóa luận đúng thời hạn

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2013 Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Anh Tiến

TÓM TẮT

Trong nền kinh tế hội nhập ngày nay, sự xuất hiện của các máy móc hiện đại

ngày càng nhiều, trong đó có các máy đóng gói tự động Máy đóng gói tự động được

ứng dụng công nghệ tự động hóa làm giảm nhân công lao động và năng suất được

nâng cao Nhưng hầu hết đây là những máy nhập từ nước ngoài và có giá thành rất đắt

Đó là nguyên nhân em thực hiện đề tài: “ Thiết kế, lập trình điều khiển máy đóng gói

kẹo tự động dạng đứng loại viên tròn” Quá trình thực hiện đề tài được tiến hành tại

công ty TNHH Kim Đại lợi và theo trình tự sau:

 Tìm hiểu về bao bì đóng gói

 Tìm hiểu về các loại máy đóng gói kẹo tự động

 Thiết kế mạch điều khiển máy đóng gói kẹo tự động

 Lập trình cho PLC họ FXON của hãng Mitsubishi để điều khiển động cơ

điện xoay chiều một phase, van điện từ và động cơ bước thông qua driver động cơ

bước

 Lập trình, tạo giao diện HMI cho GOT 1000 GT1030 của hãng Mitsubishi

Kết quả: Hoàn thành được những mục tiêu đã đề ra:

Chương trình lập trình viết trên phần mềm GX - Developer và tạo giao diện

HMI trên phần mềm GT – Designer

Ks Phạm Thanh Lưu Nguyễn Anh Tiến

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ii 

TÓM TẮT iii 

MỤC LỤC iv 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii 

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii 

DANH SÁCH CÁC HÌNH ix 

Chương 1 MỞ ĐẦU 1 

1.1 Đặt vấn đề 1 

1.2 Tầm quan trọng của đề tài 2 

1.3 Mục đích của đề tài 2 

1.4 Giới hạn của đề tài 2 

Chương 2 TỔNG QUAN 3 

2.1 Tổng quan về bao bì đóng gói 3 

2.2 Tổng quan về máy đóng gói tự động 3 

2.3 Tìm hiểu một số máy đóng gói tự động 4 

2.3.1 Máy đóng gói bao bì dạng bột, hạt 4 

2.3.2 Máy đóng gói dạng khối 5 

2.3.3 Máy đóng gói dạng lỏng 6 

2.4 Tra cứu linh kiện phục vụ cho quá trình thiết kế 6 

2.4.1 Động cơ điện xoay chiều 1 phase 6 

2.4.2 Động cơ bước 7 

2.4.3 Cảm biến tiệm cận 9 

2.4.4 Cảm biến màu julong 11 

2.4.5 Bộ điều khiển nhiệt độ 12 

2.4.6 Van điện từ 5/2 14 

2.4.7 Rơ le bán dẫn SSR 14 

2.5 Khái niệm về điều khiển 15 

2.6 Nghiên cứu về bộ điều khiển 16 

2.6.2 Sơ lược về màn hình HMI 20 

2.7 Tìm hiểu phần mềm GX developer và GT desinger 22 

2.7.1 Phần mềm GX developer 22 

2.7.2 Phần mềm GT designer 23 

Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 

4.1 Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài 24 

4.1.1 Địa điểm 24 

4.1.2 Thời gian 24 

4.2 Phương pháp nghiên cứu 24 

4.2.1 Thiết bị nghiên cứu 24 

4.2.2 Phương tiện thực hiện 24 

4.2 Mô hình máy đóng gói kẹo tự động dạng đứng loại viên tròn 26 

4.3 Nguyên lý hoạt động của máy 27 

4.4 Thiết kế phần tủ điện và bảng điều khiển 28 

4.4.1 Thiết kế phần tủ điện 28 

4.4.2 Thiết kế bảng điều khiển 30 

4.5 Thiết kế mạch điều khiển 31 

4.5.1 Sơ đồ đấu dây vào ra cho PLC 31 

4.5.2 Sơ đồ mạch điện điều khiển 32 

4.5.3 Sơ đồ mạch động lực 33 

4.6 Thực hiện phần điều khiển 34 

4.6.1 Lưu đồ giải thuật 34 

4.6.2 Thực hiện điều khiển động cơ điện xoay chiều một phase 35 

4.6.3 Thực hiện điều khiển động cơ bước thông qua driver 36 

4.6.4 Thực hiện điều khiển van khí nén 39 

4.6.5 Chương trình điều khiển cho PLC 39 

4.6.6 Mô phỏng chương trình trên phần mềm GX – simulator 40 

Màn hình 2: 44 

4.8 Kết quả 46 

4.8.1 Chạy thử nghiệm máy 47 

4.9 Thảo luận 50 

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 51 

5.1 Kết luận 51 

5.2 Đề nghị 51 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 

PHỤ LỤC 53 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

HMI: Human Machine Interface

PLC: Programmable Logic Controller

LAD: Ladder Logic

STL: Statement List

FBD: Function Block Diagram

RS 232: Recommended Standard 232

RS 422: Recommended Standard 422

CPU: Central Processing Unit

SSR: Solid State Relay

ROM: Read Only Memory

RAM: Random Access Memory

GOT: Graphic Operation Terminal

VAC: Volts Alternating Current

VDC: Volts Direct Current

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy đóng gói cà phê của công ty cơ khí anpha 4 

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy đóng gói kẹo của công ty cơ khí anpha 5 

Bảng 2.3 Thông số kĩ thuật của PLC mitsubishi họ FXON 20 

Bảng 2.4 Thông số kĩ thuật màn hình HMI loại GOT1000 - GT1030 21 

Bảng 4.1 Bảng qui định địa chỉ vào ra cho PLC 32 

Bảng 4.2 Chọn dòng điện hoạt động cho động cơ bước 37 

Bảng 4.3 Chọn chế độ điều khiển cho động cơ bước 37 

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.1 Máy đóng gói cà phê của công ty cơ khí Anpha 4 

Hình 2.1 Máy đóng gói kẹo của công ty cơ khí anpha 5 

Hình 2.2 Máy đóng gói rau câu que của công ty cơ khí anpha 6 

Hình 2.3 Cấu tạo động cơ điện xoay chiều một phase 7 

Hình 2.4 Hình cấu tạo động cơ bước 8 

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước 8 

Hình 2.6 Động cơ bước loại lai hiệu 86HBF 9 

Hình 2.8 Hình dáng bên ngoài của một cảm biến tiệm cận 10 

Hình 2.7 Sơ đồ khối cảm biến tiệm cận 10 

Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận 11 

Hình 2.11 Cảm biến màu julong Z3N – TB22 11 

Hình 2.8 Bộ điều khiển nhiệt độ TZN4M 12 

Hình2.13 Điện trở nhiệt 12 

Hình 2.9 Cặp nhiệt điện 13 

Hình 2.10 Sơ đồ khối bộ điều khiển nhiệt độ 13 

Hình 2.11 Van điện từ 5/2 14 

Hình 2.12 Rơ le bán dẫn SSR thông dụng 14 

Hình 2.13 Sơ đồ khối SSR loại xoay chiều và một chiều 15 

Hình 2.14 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 15 

Hình 2.20 Lưu đồ điều khiển bằng PLC 16 

Hình 2.15 Cơ cấu của PLC 17 

Hình 2.16 Chu kì quét của PLC 18 

Hình 2.17 PLC họ FXON – 24MT trên thực tế 20 

Hình 2.24 Tổng quan về giao diện người - máy 21 

Hình 4.1 Mô hình 3D của máy 26 

Hình 4.2 Nguyên lý hoạt động của máy 27 

Hình 4.3 Tủ điện điều khiển 29 

Hình 4.4 Bảng điều khiển 30 

Hình 4.5 Sơ đồ đấu dây vào ra cho PLC 31 

Hình 4.6 Mạch điện điều khiển 32 

Hình 4.7 Sơ đồ mạch động lực 33 

Hình 4.8 Lưu đồ giải thuật cho máy đóng gói kẹo tự động 34 

Hình 4.9 Giản đồ điều khiển động cơ điện 35 

Hình 4.10 Sơ đồ đấu dây cho driver động cơ bước 37 

Hình 4.11 Giản đồ điều khiển động cơ bước 38 

Hình 4.12 Giản đồ xung điều khiển van khí nén 39 

Hình 4.13 Chương trình GX – Developer cho PLC 39 

Hình 4.14 Nạp chương trình vào PLC ảo 40 

Hình 4.15 Chọn các thiết bị để mô phỏng 40 

Hình 4.16 Mô phỏng trên phần mềm GX – Simulator 41 

Hình 4.17 Hình kết nối PLC với màn hình HMI 42 

Hình 4.18 Giao diện khởi động phần mềm GT Designer 43 

Hình 4.19 Màn hình chính 44 

Hình 4.20 Thiết lập các thông số cho máy 44 

Hình 4.21 Kiểm tra đầu vào 45 

Hình 4.22 Mô hình máy đóng gói kẹo tự động 46 

Hình 4.24 Kết nối tủ điện điều khiển 46 

Hình 4.25 Kết quả màn hình HMI 47 

Hình 4.26 Bảng điều khiển hoàn chỉnh 47 

Đối với khâu đóng gói sản phẩm, việc sử dụng các loại máy tự động để thay thế cho công việc đóng gói thủ công là một điều tất yếu vì đây là một khâu tốn rất nhiều sức lao động cho những công việc lặp đi lặp lại Do đó trong hoàn cảnh nước ta hiện nay nhu cầu đối với các loại máy đóng gói là rất lớn và rất đa dạng

Tuy nhiên lâu nay thị trường này vốn thuộc về các nhà sản xuất thiết bị nước ngoài với nhiều ưu thế về công nghệ và kinh nghiệm, việc sản xuất máy móc trong nước thường không đáp ứng tốt về mặt chất lượng và năng suất

Vì những lí do trên em đã tiến hành nghiên cứu thiết kế, điều khiển lập trình máy đóng gói kẹo tự động trên cơ sở kế thừa những thành tựu đã đạt được từ những đàn anh, đàn chị đi trước và áp dụng những tiến bộ kĩ thuật mới của thế giới

Việc thiết kế một loại máy trong công nghiệp là rất phức tạp và đòi hỏi những yêu cầu khắt khe Do đó trong quá trình thiết kế, lập trình điều khiển sẽ không tránh khỏi những sai sót do trình độ và kinh nghiệm thực tế của sinh viên còn thấp Nhưng

hy vọng rằng với sự dìu dắt của thầy cô, trong tương lai chúng ta có thể sản xuất ra được những loại máy đáp ứng được những yêu cầu, đòi hỏi của thị trường

1.2 Tầm quan trọng của đề tài

Trong quá trình nghiên cứu tìm hiểu em đã biết cách lập trình, điều khiển cho một cái máy trong thực tế, và ứng dụng lý thuyết đã học vào thực tế

Cách tiếp cận một cái mới, cái mà mình chưa biết bằng những phương pháp tối

ưu nhất

Đề tài giúp em tiếp cận đến sự tự động hóa trong công nghiệp và giúp em có cái nhìn thấu đáo hơn về máy móc tự động hóa

1.3 Mục đích của đề tài

 Khảo sát máy đóng gói kẹo tự động

 Khảo sát động cơ bước và điều khiển động cơ bước thông qua driver

 Viết chương trình cho PLC và tạo giao diện HMI để điều khiển máy

1.4 Giới hạn của đề tài

Do giới hạn về thời gian, kiến thức còn hạn chế nên đề tài có những hạn chế như sau:

 Máy chỉ hoạt động với tốc độ từ 30 – 60 gói/phút

 Hệ thống điều khiển chưa có tín hiệu hồi tiếp về

 Vị trí cắt bao có sai số 0.2mm so với yêu cầu

Chương 2

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về bao bì đóng gói

Bao bì là một bộ phận quan trọng của mọi sản phẩm không chỉ phục vụ chức năng chính của nó mà còn có vai trò truyền đạt thông tin sản phẩm và các đặc điểm của thương hiệu Bao bì thường là điểm tiếp xúc đầu tiên của người tiêu dùng với sản phẩm thực tế, và do đó làm thế nào để bao bì hấp dẫn và phù hợp cho cả các sản phẩm

và nhu cầu của khách hàng là điều vô cùng quan trọng

Hiện nay, ngành đóng gói công nghiệp đã có một bước tiến dài về Khoa Học và Công Nghệ, cùng với đó là nhu cầu sử dụng máy móc tự động ngày càng nhiều

2.2 Tổng quan về máy đóng gói tự động

Trong xã hội hiện nay, mọi sản phẩm sau khi sản xuất ra đều phải được bao gói dưới nhiều dạng khác nhau nhằm mục đích bảo quản sản phẩm lâu dài, giữ vệ sinh, tiện lợi trong vận chuyển, tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm

Mặt khác, đóng gói cũng là một cách để định lượng, nhất là đối với những mặt hàng tiêu dùng và thực phẩm

Tùy theo hình dạng và kết cấu của sản phẩm mà có những cách đóng gói khác

nhau, các loại máy đóng gói khác nhau Các loại máy đóng gói có thể được phân loại

như sau:

- Máy đóng gói vật liệu dạng khối: máy đóng gói mì ăn liền, bánh kẹo, xà bông

- Máy đóng gói vật liệu dạng lỏng: máy đóng gói sữa, dầu sa-tế, dầu gội đầu

- Máy đóng gói vật liệu dạng rời: máy đóng gói đường, bột ngọt, cà phê, bột giặt

2.3 Tìm hiểu một số máy đóng gói tự động

2.3.1 Máy đóng gói bao bì dạng bột, hạt

Hình 2.1 Máy đóng gói cà phê của công ty cơ khí Anpha

 Ứng dụng của máy đóng gói cà phê:

Chuyên dùng để đóng gói cà phê và các loại nguyên liệu dạng bột ít bụi, đóng gói được các dạng bột như đóng gói bột mì, đóng gói bột cà phê, trà, ngũ cốc, hạt nêm, mực in dạng bột, gia cầm, thảo dược, muối, đường, thức ăn gia súc

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật máy đóng gói cà phê của công ty cơ khí anpha

Kích thước bao bì Chiều rộng: 320mm, chiều dài: không giới hạn

2.3.2 Máy đóng gói dạng khối

Hình 2.1 Máy đóng gói kẹo của công ty cơ khí anpha Ứng Dụng của Máy Đóng Gói Kẹo:

Chuyên dùng để đóng gói kẹo và các sản phẩm có dạng hình khối như: bánh, kem cây, bánh xốp, bánh quy, thanh sôcôla, các dạng bánh có dạng hình khối

Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật máy đóng gói kẹo của công ty cơ khí anpha

Năng suất máy đóng gói kẹo 60- 300 sp/p

Kích thước máy đóng gói kẹo D2200 x R700 x C1300 mm

4: Cơ cấu ép bụng và cắt bao

2.4 Tra cứu linh kiện phục vụ cho quá trình thiết kế

2.4.1 Động cơ điện xoay chiều 1 phase

Cấu tạo của động cơ gồm có hai phần chính là: stato và roto

Stato gồm lõi thép stato và dây quấn stato Lõi thép stato làm bằng lá thép kĩ thuật điện ghép lại thành hình trụ rộng, mặt trong có các cực từ để quấn dây Cực từ xẻ rãnh để đặt một vòng đồng khép kín gọi là vòng ngắn mạch Dây quấn stato được làm bằng đồng nguyên chất được cách điện với lõi thép

2 1

3

4

Roto là loại roto lồng sóc gồm lõi thép roto và dây quấn roto Lõi thép làm bằng

lá kĩ thuật điện ghép lại thành khối trụ, mặt ngoài có các rãnh, ở giữa có lỗ để lắp trục Dây quấn roto gồm các thanh dẫn bằng nhôm nối với nhau bằng vòng nhôm ở hai đầu

Hình 2.3 Cấu tạo động cơ điện xoay chiều một phase

Nguyên lý hoạt động

Khi cho dòng điện xoay chiều vào dây quấn stato thì trong dây quấn stato có từ trường Từ trường này sẽ cảm ứng qua lõi thép sang vòng ngắn mạch, làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong vòng ngắn mạch Dòng điện cảm ứng trong vòng ngắn mạch cũng sinh ra từ trường Từ trường ở dây quấn stato và từ trường ở vòng ngắn mạch sẽ tạo ra từ trường quay Từ trường quay tác dụng lên dòng điện cảm ứng ở thanh dẫn roto, động cơ sẽ khởi động và quay

2.4.2 Động cơ bước

Động cơ bước là một loại động cơ điện có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với

đa số các động cơ điện thông thường Chúng thực chất là một động cơ không đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặc các chuyển động của roto, có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết

stato

roto

Hình 2.4 Hình cấu tạo động cơ bước

Động cơ bước không quay theo cơ chế thông thường, chúng quay theo từng bước nên có độ chính xác rất cao về mặt điều khiển học Chúng làm việc nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều khiển vào stato theo thứ tự và một tần số nhất định Tổng số góc quay của roto tương ứng với số lần chuyển mạch, cũng như chiều quay và tốc độ quay của roto phụ thuộc vào thứ tự và tần số chuyển đổi

Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động của động cơ bước

Động cơ bước phong phú về góc quay Các động cơ kém nhất quay 90 độ mỗi bước, trong khi đó các động cơ nam châm vĩnh cửu xử lý cao thường quay 1.8 độ đến 0.72 độ mỗi bước Với một bộ điều khiển, hầu hết các loại động cơ nam châm vĩnh cửu và hỗn hợp đều có thể chạy ở chế độ nửa bước, và một vài bộ điều khiển có thể điều khiển các phân bước nhỏ hơn hay còn gọi là vi bước

Ta có thể phân loại động cơ bước theo:

 Cấu tạo: căn bản có 3 loại động cơ bước; loại từ trở biến đổi (variable reluctance), loại nam châm vĩnh cửu (permanent magnet) và loại lai (hybrid) Chúng khác nhau ở cấu tạo trong việc dùng các rotor nam châm vĩnh cửu hoặc lõi sắt với các

lá thép stator

 Số bước/vòng (góc bước): động cơ bước phong phú về góc quay Các động

cơ kém nhất quay 90 độ mỗi bước (động cơ 4 bước), trong khi đó các động cơ xử lý cao có thể quay 1.8 độ (200 bước) đến 0.72 độ mỗi bước (500 bước)

 Số đầu dây (số pha): động cơ bước có nhiều đầu dây ra thường là 4, 5, 6, 8 đầu dây từ đó có thể phân ra thành động cơ bước 2 pha, 3 pha, 5phase

Động cơ bước sử dụng trong khóa luận là loại động cơ bước loại lai (hybrid): Loại động cơ này về cấu tạo giống với động cơ bước kiểu đơn cực Tuy nhiên chỉ có 4 đầu ra Góc bước 1.80

Hình 2.6 Động cơ bước loại lai hiệu 86HBF 2.4.3 Cảm biến tiệm cận

Một Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là

“PROX”) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến Trong hầu hết các trường hợp, khoảng

cách này chỉ là vài mm Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy

Hình 2.8 Hình dáng bên ngoài của một cảm biến tiệm cận

Hình 2.7 Sơ đồ khối cảm biến tiệm cận

 Các lợi ích chính của cảm biến tiệm cận công nghiệp là:

 Vận hành đáng tin cậy ngay cả trong môi trường khắc nghiệt (ví dụ: môi trường ngoài trời hoặc môi trường dầu mỡ)

 Vận hành/cài đặt đơn giản và dễ dàng

 Mức giá hấp dẫn (ví dụ: rẻ hơn Cảm biến quang điện)

 Có 2 loại cảm biến tiệm cận công nghiệp chính là:

 Cảm biến tiệm cận cảm ứng phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện

từ Dĩ nhiên, thiết bị chỉ phát hiện được vật kim loại

 Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện Do đó, thiết bị này có thể phát hiện mọi loại vật

 Cách vận hành của Cảm biến Cảm ứng

Hình 2.10 Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận

 Cảm biến tiệm cận cảm ứng bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng Sóng cao tần đi qua lõi dây này sẽ tạo ra một trường điện từ dao động quanh nó Trường điện từ này được một mạch bên trong kiểm soát

 Khi vật kim loại di chuyển về phía trường này, sẽ tạo ra dòng điện (dòng điện xoáy) trong vật

 Những dòng điện này gây ra tác động như máy biến thế, do đó năng lượng trong cuộn phát hiện giảm đi và dao động giảm xuống; độ mạnh của từ trường giảm đi

 Mạch giám sát phát hiện ra mức dao động giảm đi và sau đó thay đổi đầu ra Vật đã được phát hiện

Ngày nay, hầu hết cảm biến cảm ứng đều có đặc điểm đầu ra transistor có logic NPN hoặc PNP Những loại này còn được gọi là kiểu DC-3 dây

2.4.4 Cảm biến màu julong

Hình 2.11 Cảm biến màu julong Z3N – TB22

 Các thông số kĩ thuật:

 Thời gian đáp ứng: 0.1-1ms

 Tín hiệu xuất ra: nhỏ hơn 200mA

 Loại output: NPN/PNP

 Chiều dài dây cable: 2m

2.4.5 Bộ điều khiển nhiệt độ

Hình 2.8 Bộ điều khiển nhiệt độ TZN4M

Bộ điều khiển nhiệt độ gồm:

Q: nhiệt lượng tỏa ra từ dây điện trở gia nhiệt

R: giá trị của điện trở

I: dòng điện qua điện trở

T: thời gian gia nhiệt

 Cặp nhiệt điện ( thermocouple ):

Hình 2.9 Cặp nhiệt điện

Cấu tạo: Gồm 2 chất liệu kim loại khác nhau, hàn dính một đầu

Nguyên lý: Nhiệt độ thay đổi cho ra sức điện động thay đổi ( mV)

Ưu điểm: Bền, đo được nhiệt độ cao

Khuyết điểm: Nhiều yếu tố ảnh hưởng làm sai số, độ nhạy không cao

Tầm đo: -1000

 14000

Hình 2.10 Sơ đồ khối bộ điều khiển nhiệt độ

Nguyên lý hoạt động: ban đầu ta set giá trị nhiệt độ cần thiết cho bộ phận cần gia nhiệt và bộ điều khiển nhiệt độ sẽ xuất ngõ ra điều khiển cho điện trở nhiệt để gia nhiệt.Và cặp nhiệt điện có nhiệm vụ hồi tiếp nhiệt độ về bộ điều khiển Bộ điều khiển dựa trên giá trị nhiệt độ set và giá trị nhiệt độ hồi tiếp về để điều khiển điện trở nhiệt

2.4.6 Van điện từ 5/2

Hình 2.11 Van điện từ 5/2

 Van điện từ dùng để đóng mở các đường thủy khí

 Nguyên lý hoạt động đơn giản là dùng nam châm điện (từ) để đóng mở van

 Có hai kiểu hoạt động mở trực tiếp (loại nhỏ) và đóng mở gián tiếp (loại lớn)

2.4.7 Rơ le bán dẫn SSR

Hình 2.12 Rơ le bán dẫn SSR thông dụng

SSR dùng để khuếch đại tín hiệu,từ tín hiệu điều khiển sang cơ cấu chấp hành Thông số kĩ thuật:

Tín hiệu điều khiển từ 3-32 VDC

Điện áp hoạt động: 24-380 VAC

Dòng tải tối đa: 10A

Thời gian đáp ứng: ON < 10ms, OFF < 10ms

Hình 2.13 Sơ đồ khối SSR loại xoay chiều và một chiều

Nguyên lý hoạt động: SSR gồm hai chân số 1 và 2 điều khiển tín hiệu được điều khiển từ mạch điều khiển (PLC hoặc vi điều khiển hoặc mạch số) Và hai chân số

3 và 4 thì được mắc với tải Khi hai chân số 1 và 2 dẫn thì chân số 3 và 4 dẫn cho phép tải hoạt động

2.5 Khái niệm về điều khiển

Điều khiển là một quá trình thu thập thông tin, xử lí thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng của hệ thống gần với mục đích định trước Điều khiển tự động là quá trình điều khiển không cần sự tác động của con người

Các thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển:

Hình 2.14 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

Chú thích các kí hiệu:

R(t) (reference input): tín hiệu vào, tín hiệu chuẩn

C(t) (controlled output): tín hiệu ra

)

(t

C : tín hiệu hồi tiếp

2.6 Nghiên cứu về bộ điều khiển

Các bước thiết lập sơ đồ điều khiển bằng PLC:

Hình 2.20 Lưu đồ điều khiển bằng PLC

Xác lập nhiệm vụ điều

khiển

Thiết kế giải thuật

Soạn thảo chương trình

Kiểm tra chức năng

Hình 2.15 Cơ cấu của PLC Cấu trúc của PLC được phân thành các phần như sau:

Đơn vị điều khiển trung tâm (CPU: Central Processing Unit): là bộ xử lí thực hiện các lệnh trong bộ nhớ chương trình Nhập dữ liệu ở ngõ vào, xử lý chương trình, nhớ chương trình, xử lý các kết quả trung gian và các kết quả này được truyền trực tiếp đến cơ cấu chấp hành để thực hiện chương trình xuất dữ liệu ra ở các ngõ ra

Bộ nhớ ( memory): dùng để chứa chương trình số liệu, đơn vị nhỏ nhất là bit

Bộ nhớ là vùng nắm gữ hệ điều hành và vùng nhớ của người sử dụng Có nhiều loại bộ nhớ khác nhau Để PLC có thể hoạt động được, cần thiết phải có bộ nhớ để lưu chương trình, đôi khi cần phải mở rộng bộ nhớ để thực hiện các chức năng khác như:

Vùng đệm tạm thời lưu giữ trạng thái của các kênh xuất nhập được gọi là RAM xuất nhập

Lưu trữ tạm thời các trạng thái của các chức năng bên trong: các bộ định thì (Timer), các bộ đếm (Counter), các Rơle

Bộ nhớ gồm các loại sau đây:

Bộ nhớ chỉ đọc ( ROM: Read Only Memory)

ROM không phải là bộ nhớ khả biến, nó có thể lập trình chỉ được một lần Do

đó nó không thích hợp cho việc điều khiển “mềm” của PLC và nó ít phổ biến hơn so

Các modul xuất nhập:

Khối xuất nhập đóng vai trò là mạch giao tiếp giữa vi mạch điện tử bên trong PLC với mạch ngoài Modul nhập nhận tín hiệu từ cảm biến, nút nhấn đưa vào CPU Modul xuất đưa tín hiệu điều khiển từ CPU ra các cơ cấu cháp hành như: rowle công tắc tơ

Chương trình điều khiển PLC được soạn thảo dưới các dạng ngôn ngữ khác nhau như ladder, SFC và được nạp vào bộ nhớ bên trong của PLC, sau đó thực hiện tuần tự theo một chuỗi lệnh điều khiển được xác định trước

Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc của chương trình Chu kỳ này được gọi

là chu kỳ quét của PLC, tức là khoảng thời gian thực hiện xong một vòng các lệnh của

chương trình điều khiển Chu kỳ quét được minh họa ở hình sau:

Hình 2.16 Chu kì quét của PLC

Khi thực hiện quét các đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ các thiết bị vào như công tắc, cảm biến,…trạng thái của tín hiệu vào được lưu tạm thời vào một mảng nhớ Trong thời gian quét chương trình, bộ xử lý quét lần lượt các lệnh của chương trình điều khiển, sử dụng các trạng thái của tín hiệu vào trong mảng nhớ để xác định các đầu

ra đáp ứng hay không Kết quả là các trạng thái của đầu ra được ghi vào mảng nhớ, PLC sẽ cấp hoặc ngắt điện cho các mạch ra để điều khiển các thiết bị ngoại vi Chu kỳ quét của PLC có thể kéo dài từ 1 đến 25 mili giây Thời gian quét đầu vào và đầu ra

thường ngắn so với chu kỳ quét chương trình điều khiển

Tìm hiểu PLC của hãng mitsubishi để phục vụ khóa luận

PLC của hãng Mitsubishi có các họ như là:

FXO & FXOS: Đây là loại PLC có kích thước thật nhỏ gọn, phù hợp với các

FXON: FXON sử dụng cho các máy điều khiển độc lập hay các hệ thống nhỏ với số lượng I/O có thể quản lí nằm trong miền 10 - 128 I/O FXON thực chất là bước đệm trung gian giữa FXOS và FXO PLC FXON có đầy đủ các đặc trưng cơ bản của FXOS đồng thời có khả năng mở rộng tham gia nối mạng

FX1S: FX1S có khả năng quản lý số lượng I/O trong khoảng 10 – 34 I/O Cũng giống như FXOS, FX1S không có khả năng mở rộng hệ thống

FX1N:PLC loại FX1N thích hợp với các bài toán điều khiển với số lượng đầu vào ra trong khoảng 14 – 60 I/O Tuy nhiên khi sử dụng các modul vào ra mở rộng FX1N có thể tăng lên số lượng 128 I/O FX1N được tăng khả năng truyền thông, nối mạng, cho phép tham gia trong nhiều cấu trúc mạng khác nhau như Ethernet, Profilebus, cc-Link, Canopen, Devicenet FX1N có thể làm việc với các modul analog, các bộ điều khiển nhiệt độ Đặc biệt FX1N được tăng cường chức năng điều khiển vị trí với 6 bộ đếm tốc độ cao, hai bộ phát xung đầu ra với tần số tối đa lên tới 100kHz

FX2N: đây là một trong những dòng PLC có tính năng mạnh nhất trong họ FX FX2N được trang bị tất cả các tính năng của dòng FX1N nhưng tốc độ xử lý được tăng cường, thời gian thi hành lệnh giảm Ngoài ra FX2N còn được trang bị các hàm xử lý PID với tính năng tự chỉnh, các hàm xử lý số thực tích hợp sẵn bên trong Những tính năng vượt trội trên cùng với khả năng truyền thông, kết nối mạng nói chung đã đưa FX2N lên vị trí hàng đầu trong họ FX

FX2NC: FX2NC với kích thước siêu gọn, thích hợp cho các ứng dụng có yêu cầu cao về tiết kiệm không gian lắp đặt FX2NC có đầy đủ tính năng của FX2N nhưng lại tiết kiệm đến 27% không gian sử dụng

Trong khóa luận họ PLC được sử dụng là FXON FXON sử dụng cho các máy điều khiển độc lập hay các hệ thống nhỏ với số lượng I/O có thể quản lí nằm trong miền 10 - 128 I/O FXON thực chất là bước đệm trung gian giữa FXOS và FXO PLC FXON có đầy đủ các đặc trưng cơ bản của FXOS đồng thời có khả năng mở rộng tham gia nối mạng

Hình 2.17 PLC họ FXON – 24MT trên thực tế Bảng 2.3 Thông số kĩ thuật của PLC mitsubishi họ FXON

2.6.2 Sơ lược về màn hình HMI

HMI là viết tắt của chữ (Human Mechine Interface) có nghĩa là thiết bị giao tiếp

giữa người điều hành thiết kế với máy móc thiết bị màn hình HMI được ứng dụng

rộng rãi nhiều trong công nghiệp

Nói một cách chính xác, bất cứ cách nào mà con người “giao diện” với một

máy móc thì đó là một HMI Cảm ứng trên lò viba của bạn là một HMI, hệ thống số

điều khiển trên máy giặt, bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV

đều là HMI, …

Màn hình HMI hộ trợ người vận hành, giúp người vận hành có cái nhìn trực

quan hơn về hệ thống HMI hiện thị các thông số của máy móc, hệ thống như nhiệt độ,

tốc độ, và dùng để giám sát hệ thống và đưa ra cảnh báo lỗi cho người dùng

Hình 2.24 Tổng quan về giao diện người - máy

Màn hình trong khóa luận là GOT 1000 GT1030 ( GOT Graphic Operation

2.7 Tìm hiểu phần mềm GX developer và GT desinger

2.7.1 Phần mềm GX developer

Hình 2.26.Logo phần mềm GX Developer

Hình 2.27 Giao diện phần mềm GX – Developer lúc khởi động

GX-Developer là công cụ lập trình cho các dòng PLC Mitsubishi họ FX, A, Q của hãng MELSEC

2.7.2 Phần mềm GT designer

Hình 2.28 Logo phần mềm GT Designer 2

Hình 2.29 Giao diện khởi động chương trình GT Designer 2

Chương 3

NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Địa điểm và thời gian thực hiện đề tài

3.1.1 Địa điểm

Thực hiện điều khiển lập trình và khảo nghiệm tại công ty TNHH Kim Đại Lợi

3.1.2 Thời gian

Đề tài đã tiến hành từ 15 tháng 03 năm 2013 đến 15 tháng 06 năm 2013

 Quá trình thực hiện nghiên cứu chương trình, điều khiển lập trình máy đóng gói kẹo tự động từ ngày 15 tháng 03 năm 2013 đến ngày 25 tháng 05 năm 2013

 Thời gian còn lại là quá trình khảo nghiệm lấy kết quả, sửa và hoàn thành bài luận văn

3.2 Phương pháp nghiên cứu

3.2.1 Thiết bị nghiên cứu

 Khảo sát máy đóng gói bao kẹo tự động của công ty Kim Đại Lợi

 Tìm hiểu tổng quan PLC mitsubishi họ FXon

 Tìm hiểu tổng quan màn hình HMI GOT 1000, GT 1030

 Tìm hiểu rơ le bán dẫn SSR

 Tìm hiểu động cơ điện xoay chiều một phase

 Tìm hiểu cảm biến tiệm cận, cảm biến màu julong

 Tìm hiểu động cơ bước

3.2.2 Phương tiện thực hiện

 Phần mềm tạo chương trình cho PLC là GX Developer 8.0

 Phần mềm mô phỏng PLC là GX simulator

 Phần mềm tạo chương trình cho GOT GT Designer 2