do an tot nghiep dung plc 1200

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH NĂNG CỦA PLC S7 – 1200 SIEMENS, ỨNG DỤNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM CỦA CHI TIẾT CƠ KHÍ VỚI CHIỀU CAO TƯƠNG ỨNG 5cm, 10cm, 15cm Giáo viên hướng dẫn : Th.S TRẦN THỊ HỒNG THẮM Sinh viên thực : Trần Văn Chung Lớp 1041040600 Nguyễn Hữu Cường 1041040526 Đỗ Hải Đăng 1041040522 : ĐH Điện –K10 Hà Nội, 2019 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Giáo viên phản biện Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG PHÂM LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Các băng truyền phân loại sản phẩm 1.2.1 Các loại băng tải 1.2.2 Các loại băng truyền phân loại sản phẩm 12 1.3 Dây truyền phân loại sản phẩm theo chiều cao 13 1.3.1 Giới thiệu chung 13 1.3.2 Cấu tạo dây truyền phân loại sản phẩm theo chiều cao 13 1.3.3 Nguyên lí hoạt động 14 CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 – 1200, CẢM BIẾN, CƠ CẤU CHẤP HÀNH 16 2.1 Giới thiệu chung điều khiển PLC 16 2.1.1 Lịch sử phát triển 16 2.1.2 Khái niệm PLC 18 2.1.3 Phân loại 18 2.1.4 Ứng dụng 18 2.1.5 Ưu điểm, nhược điểm 19 2.1.6 Cấu trúc PLC 20 2.2 Tìm hiểu PLC SIEMENS S7 – 1200 24 2.2.1 Cấu hình điều hành SIEMENS S7 – 1200 24 2.2.2 Đặc điểm thông số số loại CPU S7 – 1200 25 2.2.3 Nguyên lý hoạt động 26 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện 2.3 Cảm biến 27 2.3.1 Khái niệm 27 2.3.2 Phân loại cảm biến 27 2.3.3 Ứng dụng cảm biến 28 2.4 Động điện chiều 29 2.4.1 Khái niệm 29 2.4.2 Cấu tạo động điện chiều 30 2.4.3 Nguyên lí hoạt động 33 2.5 Băng tải 33 2.6 Rơle 33 2.6.1 Khái niệm 33 2.6.2 Phân loại 34 2.6.3 Rơle trung gian 35 2.7 Các thiết bị điều khiển khí nén 35 2.7.1 Van đảo chiều 35 2.7.2 Van tiết lưu 37 2.7.3 Xy lanh 39 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO TƯƠNG ỨNG 41 3.1 Phần mềm lập trình TIA – PORTAL V13 41 3.1.1 Trình tự bước thiết kế chương trình điều khiển 41 3.1.2 Kết nối lựa chọn CPU 41 3.1.3 Nạp chương trình xuống PLC 44 3.1.4 Giao tiếp máy tính PLC 46 3.1.5 Khởi tạo bảng tag 46 3.1.6 Giám sát thực chương trình 48 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 48 3.3 Nguyên lí hoạt động hệ thống 49 3.4 Lưu đồ thuật toán 51 3.5 Viết chương trình 52 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện 3.6 Xây dựng mạch lực 59 3.6.1 Mạch đấu nối PLC 59 3.6.2 Mạch khí nén điều khiển xylanh 59 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 61 4.1 Yêu cầu, mục đích mơ hình thực nghiệm 61 4.1.1 u cầu mơ hình 61 4.1.2 Mục đích 61 4.2 Thiết kế lựa chọn thiết bị 61 4.2.1 Lựa chọn PLC 61 4.2.2 Cảm biến quang 62 4.2.3 Rơ le 63 4.2.4 Van khí nén 63 4.2.5 Động giảm tốc 64 4.2.6 Băng tải 65 4.2.7 Nguồn chiều 66 4.3 Mơ hình mơ phầm mềm TIA PORTAL V13 67 4.4 Đánh giá kết 68 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Cấu tạo chung băng truyền Hình 1.2: Băng tải dạng xích 10 Hình 1.3: Băng tải lăn 10 Hình 1.4: Băng tải dạng cào 11 Hình 1.5: Băng tải dạng xoắn 11 Hình 2.1: PLC năm 1968 Hoa Kì 16 Hình 2.2: Một số loại PLC SIEMENS 18 Hình 2.3: Cấu trúc PLC 20 Hình 2.4: Sơ đồ khối PLC 23 Hình 2.5: Bảng tín hiệu 24 Hình 2.6: Mơdun tín hiệu 24 Hình 2.7: Mơdun truyền thơng 24 Hình 2.8: Một số loại mođun 26 Hình 2.9: Cảm biến quang thu phát rời 28 Hình 2.10: Cảm biến quang thu phát chung 29 Hình 2.11: Một số loại động thực tế 30 Hình 2.12: Kích thước dọc ngang máy điện chiều 30 Hình 2.13: Cấu tạo cực 31 Hình 2.14: Một số loại băng tải gân cao su 33 Hình 2.15: Một số loại rơ le 35 Hình 2.16: Rơle trung gian Omron 35 Hình 2.17: Ngun lí hoạt động van đảo chiều 36 Hình 2.18: Kí hiệu van 2/2 36 Hình 2.19: Kí hiệu van 3/2 37 Hình 2.20: Kí hiệu van 5/2 37 Hình 2.21: Cấu tạo van tiết lưu 38 Hình 2.22: Xylanh nén khí 39 Hình 2.23: Cấu tạo xylanh 39 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện Hình 3.1: Các bước thiết kế chương trình điều khiển 41 Hình 3.2: Giao diện soạn thảo 42 Hình 3.3: Sau IP chọn 45 Hình 3.4: Thiết lập ID 45 Hình 3.5: Tạm dừng PLC 46 Hình 3.6: Nạp chương trình xuống PLC 46 Hình 3.7: Kết nối PLC với máy tính 46 Hình 3.8: Giao diện để giám sát chương trình 48 Hình 3.9: Cửa sổ làm việc HMI 48 Hình 3.10: Sơ đồ khối hệ thống 49 Hình 3.11: Lưu đồ tốn 51 Hình 3.12: Sơ đồ đấu nối PLC 59 Hình 3.13: Mạch khí nén 59 Hình 4.1: Loại CPU 1214C AC/DC/RLY 62 Hình 4.2: Cảm biến quang ORMON E3F2 62 Hình 4.3: Rơ le trung gian OMRON 63 Hình 4.4: Van đảo chiều 5/2 64 Hình 4.5: Động giảm tốc 64 Hình 4.6: Băng tải loại PVC 66 Hình 4.7: Nguồn chiều 24V 66 Hình 4.8: Giao diện OFF 67 Hình 4.9: Giao diện ON 67 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số loại băng tải Bảng 2.1: Đặc điểm thông số số loại CPU S7-1200 25 Bảng 3.1: Bảng địa chương trình 52 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PLC Programmable Logic Controller IC Integrated circuit ASIC Application Specific Integrated Circuit AC Alternating Current DC Direct Current CPU Central Processing Unit EPROM Erasable Programmable Read-Only Memory I/O Input/Output PID Proportional Intergral PVC Polyvinyl clorua RAM Random Access Memory ROM Read Only Memory VDC Volts Direct Current EEPROM Erasable Erasable Programmable Read OnlyMemory SB Signal board BB Battery board CB Communication board Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Đồ án tốt nghiệp 56 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp 57 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp 58 Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện 59 Đồ án tốt nghiệp 3.6 Xây dựng mạch lực 3.6.1 Mạch đấu nối PLC Hình 3.12: Sơ đồ đấu nối PLC 3.6.2 Mạch khí nén điều khiển xylanh Hình 3.13: Mạch khí nén Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp 60 Khoa Điện Kết luận: Qua Chương chúng em hiểu để tạo chương kết nối PLC với máy tính bước làm để mở dao diện TIA – portal V13 thiết kế chương trình điều khiển phần mềm TIA portal V13 mô giao diện HMI Biết cách đấu nối dây qua PLC, chương trình để chạy mơ Tuy nhiên q trình làm tìm khơng thể tránh thiếu xót làm việc giao diện Sang Chương chúng em xây dựng mơ chạy mơ Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 61 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 Yêu cầu, mục đích mơ hình thực nghiệm 4.1.1 u cầu mơ hình Mơ hình thỏa mãn u cầu sau:  Có tính thực tế cao, tức gần giống với thực tế tốt  Có tính thẩm mĩ, tức nhỏ gọn, bố trí thiết bị khoa học, hợp lí  Có tính kinh tế, tức tiết kiệm tối đa mà đáp ứng yêu cầu toán đặt  Có tính sư phạm, tức xây dựng mơ hình phải ứng dụng kiến thức học; đồng thời mơ hình đủ tiêu chuẩn để làm thiết bị bổ trợ cho việc học tập, nghiên cứu 4.1.2 Mục đích Việc xây dựng mơ hình thực tế nhằm đáp ứng mục đích sau:  Nâng cao kĩ làm việc thực tế  Củng cố kiến thức lý thuyết học.Năng cao kĩ làm việc theo nhóm làm việc độc lập  Nắm tầm quan trọng cách thức sử dụng, vận hành thiết bị đại, công nghệ cao 4.2 Thiết kế lựa chọn thiết bị 4.2.1 Lựa chọn PLC  Các tính bật CPU 1214C:  Có đếm tốc độ cao HSC dùng cho ứng dụng đếm đo lường  Có ngõ PTO 100 kHz để điều khiển tốc độ, động bước hay servo  Có ngõ PWM điều chế độ rộng xung cho ứng dụng điều khiển tốc độ động cơ, valve, nhiệt độ Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 62 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện  Có 16 điều khiển PID với tính tự động xác định thông số cho điều khiển (Autotuning)  Với 14 đầu vào DI 24VDC, 10 đầu DO Relay 2A  Hai đầu vào tín hiệu tương tự AI -10V Hình 4.1: Loại CPU 1214C AC/DC/RLY 4.2.2 Cảm biến quang Yêu cầu kỹ thuật: Cảm biến quang dùng hệ thống phải đảm bảo đáp ứng hệ thống có thay đổi cường độ ánh sáng nhận Lựa chọn cảm biến quang : Cảm biến ORMON E3F2 Hình 4.2: Cảm biến quang ORMON E3F2 Thông số kỹ thuật:  Chỉ số LED: Red LED  Điện áp: 5-36V  Khoảng cách: 3-80cm Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 63 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện  Kết nối:  Dây nâu: 5-36V  Dây xanh: 0V  Dây đen: Dây tín hiệu NPN thường mở  Nhiệt độ: -25÷55 độ C  Điều chỉnh khoảng cách biến trở sau cảm biến  Đường kính: 17mm  Chiều dài: 45mm  Độ ẩm môi trường từ 35% tới 85% 4.2.3 Rơ le Ngun lý hoạt động: Khi chưa có dòng điện chạy qua cuộn hút phần cứng tách biệt với phần cảm sức căng lò xo Khi phần cảm cấp điện tạo từ trường vòng dây gây q trình di chuyển vật lý phần ứng Chính di chuyển làm cho tiếp điểm tiếp xúc role đóng mở Trong hệ thống mơ hình nhóm chọn Role OMRON MY2N Các thông số MY2NJ:  Điện áp cuộn dây: 24 VDC có LED báo hiển thị  Thông số tiếp điểm: 5A - 24 VDC Hình 4.3: Rơ le trung gian OMRON 4.2.4 Van khí nén Van điều khiển khí nén có nhiệm vụ điều khiển dòng lượng cách đóng mở hay chuyển vị trí, điều khiển chuyển động dòng khí Trong hệ thống mơ hình nhóm chọn van đảo chiều 5/2 Thông số kỹ thuật: Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 64 Đồ án tốt nghiệp  Model 4V110-06  Áp suất: 0.15 - 0.8 Mpa  Nguồn: 24VDC Hình 4.4: Van đảo chiều 5/2 4.2.5 Động giảm tốc Hình 4.5: Động giảm tốc Thơng số kỹ thuật:  Trọng lượng: 100g  Điện áp vào: 12-24VDC  Tốc độ 50-80 V/P  Tải trọng: 10kg  Công suất: 8W Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện 65 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện 4.2.6 Băng tải Băng tải thành phần dây chuyền sản xuất, cấu quan trọng nhằm mục đích vận chuyển nguyên vật liệu, sản phẩm từ vị trí sang vị trí khác băng truyền Tính cơng nghệ:  Các thơng số cần quan tâm thiết kế băng tải  Khả tải trọng  Vận tốc, độ nghiêng băng tải  Độ ổn định trình vận hành  Độ an toàn vận hành  Khả thay đổi suất tải Để thuận lợi trình thực mơ hình nhóm em sử dụng loại băng tải loại PVC với thông số sau:  Tải trọng băng tải khơng q lớn  Kết cấu khí đơn giản  Dễ dàng chế tạo  Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải  Khả kháng hóa chất tốt  Chịu nước tốt, chống nước tuyệt vời chịu nhiệt (-10°C đến 80°C) chịu nhiệt độ 110°C thời gian định  Có khả chống phóng xạ, chống cháy chống tĩnh điện tốt  Hoạt động nhiều ngành nghề, môi trường điều kiện khắc nghiệt, khí hậu ẩm ướt  Khả chống dầu mỡ, dung mơi chống mài mòn tốt  Chống rách, co dãn, bong tróc  Dễ dàng vệ sinh thay thế, sửa chữa, bảo dưỡng mặt băng tải xảy cố Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 66 Đồ án tốt nghiệp Hình 4.6: Băng tải loại PVC 4.2.7 Nguồn chiều Hình 4.7: Nguồn chiều 24V Thông số kỹ thuật:  Điện áp vào: 220V  Điện áp ra: 24V  Dòng điện: 5A Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội Khoa Điện Đồ án tốt nghiệp 67 4.3 Mơ hình mơ phầm mềm TIA PORTAL V13 Hình 4.8: Giao diện OFF Hình 4.9: Giao diện ON Trường ĐH Cơng Nghiệp Hà Nội Khoa Điện 68 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện 4.4 Đánh giá kết Nhìn chung, kết mà mơ hình dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC S7-1200 đạt sát với thực tế Nó thể yêu cầu quan trọng toán đặt Đồng thời, việc ghép nối truyền thông PLC với WinCC coi kết quan trọng mà nghiên cứu đạt Cùng với mơ hình phần cứng, kết hợp WinCC-PLC thực khiến cho hệ thống trở nên thực tế hơn, linh hoạt mang tính cơng nghiệp đại rõ ràng Tuy nhiên, để đạt tới mức ứng dụng vào thực tế cần phải sửa đổi cải tiến Việc sửa đổi, cải tiến không nằm cấu trúc phần cứng mà quan trọng cấu trúc phần mềm, phần mềm tác động lớn đến tối ưu, kinh tế độ linh hoạt hệ thóng  Hướng phát triển: Có thể nhận thấy mơ hình nghiên cứu này, khả phân loại sản phẩm bị gò bó với mức chiều cao mà thơi Trong thực tế cần phân loại nhiều mức chiều cao với độ chênh lệch nhỏ… cần phát triển thêm tính linh hoạt mơ hình Ngồi ra, với đề tài phân loại sản phẩm theo kích thước này, ta hồn tồn mở rộng cho khả phân loại theo kiểu dài - ngắn dây chuyền Như dây chuyền trở nên hồn thiện thực mang lại lợi ích kinh tế lớn Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 69 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện KẾT LUẬN Qua tuần thực đồ án, em trình bày phần lý thuyết điều khiển khả trình PLC S7-1200, cách ứng dụng PLC điều khiển rút ưu nhược điểm kỹ thuật điều khiển khả trình so với kỹ thuật điều khiển trước Thêm vào đó, em hồn thành mơ hình đếm phân loại sản phẩm băng chuyền theo chiều cao Đó tiền đề quan trọng để em dễ dàng tiếp cận với toán thực tế phức tạp trường làm việc cơng ty nhà máy xí nghiệp Tuy thời gian làm đồ án có hạn nhờ dẫn tận tình Th.S Trần Thị Hồng Thắm với nỗ lực thân, giúp đỡ thầy cô, em hoàn thành đồ án thời hạn giao Việc xây dựng mơ hình đáp ứng yêu cầu đặt ra, nhiên trình độ kinh nghiệm thực tiễn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót thiếu hồn chỉnh Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội 70 Đồ án tốt nghiệp Khoa Điện TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Thành Bắc (2001), Giáo trình thiết bị điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Phan Quốc Phô - Nguyễn Đức Chiến (2008), Giáo trình cảm biến, Nhà xuất khoa học kỹ thuật GS TSKH Thân Ngọc Hoàn (1999), Máy điện, Nhà xuất giao thông vận tải http://dientuvietnam.net Trường ĐH Công Nghiệp Hà Nội ... 19 2.1.6 Cấu trúc PLC 20 2.2 Tìm hiểu PLC SIEMENS S7 – 1200 24 2.2.1 Cấu hình điều hành SIEMENS S7 – 1200 24 2.2.2 Đặc điểm thông số số loại CPU S7 – 1200 25 2.2.3 Nguyên... Rơle trung gian Omron 35 Hình 2.17: Ngun lí hoạt động van đảo chiều 36 Hình 2.18: Kí hiệu van 2/2 36 Hình 2.19: Kí hiệu van 3/2 37 Hình 2.20: Kí hiệu van 5/2 ... 34 2.6.3 Rơle trung gian 35 2.7 Các thiết bị điều khiển khí nén 35 2.7.1 Van đảo chiều 35 2.7.2 Van tiết lưu 37 2.7.3 Xy lanh 39 CHƯƠNG