Ứng dụng PLC điều khiển và giám sát trạm lắp đặt phôi

TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o Tp HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: Kiều Minh Thiện Phạm Thanh Tuấn Điện tử Cơng nghiệp Đại học quy 2014 MSSV: 14141299 MSSV: 14141354 Mã ngành: 141 Mã hệ: Lớp: 14141DT3A I TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM LẮP ĐẶT PHÔI II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu: Các tài liệu về PLC, module, thiết bị Mô hình mẫu trạm lắp đặt phôi lấy từ nguồn Internet Nội dung thực hiện: Tìm hiểu về PLC Mitsubishi dòng A, tìm hiểu về mơ hình thủy lực khí nén Tìm hiểu về loại mô hình trạm lắp đặt phôi lựa chọn mô hình Lắp đặt phần cứng mô hình sau lựa chọn Viết chương trình chạy mô hình điều khiển giám sát trạm lắp đặt phơi Hồn thành mơ hình Đánh giá kết thực hiện III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 01/10/2018 07/01/2019 ThS Trần Văn Sỹ BM ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC o0o Tp HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Kiều Minh Thiện Lớp: 14141DT3A MSSV: 14141299 Họ tên sinh viên 2: Phạm Thanh Tuấn Lớp: 14141DT3A MSSV: 14141354 Tên đề tài: Ứng dụng PLC điều khiển giám sát mô hình trạm lắp đặt phôi Tuần/ngày 1-6/10 Chọn đề tài 07-13/10 Viết đề cương chi tiết 14-20/10 Tìm hiểu mơ hình lắp đặt phơi thực tế 21-25/10 Tìm hiểu sơ lược về khí nén 26-31/10 Tìm hiểu về PLC module 1/11-20/11 21-27/11 Xác nhận GVHD Nội dung Tiến hành lắp đặt phần cứng Viết code thực hiện chương trình 28/11-15/12 Chạy thử nghiệm mô hình chỉnh sửa 16/12-20/12 Thiết kế giao diện GT Designer 21/12-7/1 Viết báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) Ths Trần Văn Sỹ LỜI CAM ĐOAN Chúng – Kiều Minh Thiên Phạm Thanh Tuấn cam đoan công trình nghiên cứu của hướng dẫn của Th.S Nguyễn Văn Sỹ Các số liệu, kết nêu ĐATN trung thực không được chép từ bất cứ công trình khác SV thực hiện đề tài Kiều Minh Thiện Phạm Thanh Tuấn i LỜI CẢM ƠN Tập thể nhóm xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Điện Tử Công Nghiệp trang bị cho chúng em kiến thức giúp đỡ chúng em giải quyết khó khăn trình làm đồ án Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Văn Sỹ tận tình giúp đỡ trình lựa chọn đề tài hỗ trợ chúng em trình thực hiện Nhóm xin được phép gửi đến thầy lòng biết ơn lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất Kiến thức tâm nghề nghiệp của thầy giúp đỡ nhóm em hồn thành đờ án tốt nghiệp mà còn tấm gương sáng để nhóm em noi theo Cuối cùng, mặc dù cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt đảm bảo thời hạn kiến thức còn hạn hẹp chắc chắn sẽ không tránh khỏi sai sót, mong Thầy/cô bạn sinh viên thông cảm Nhóm mong nhận được lời ý kiến của Thầy/cô bạn sinh viên Nhóm chân thành cảm ơn!!! SV thực hiện đồ án Kiều Minh Thiện Phạm Thanh Tuấn ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii MỤC LỤC HÌNH viii MỤC LỤC BẢNG xi TÓM TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ giới hạn của đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ 1.3.2 Giới hạn 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Tóm tắt đề tài CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.1 Giới thiệu chung về PLC 2.1.1 Tổng quan về PLC 2.1.1.1 Định nghĩa 2.1.1.2 Cấu tạo 2.1.2 Đặc điểm vai trò của PLC 2.1.2.1 Đặc điểm 2.1.2.2 Vai trò 2.1.3 PLC dòng A của hãng Mitsubishi 2.1.3.2 Những tính 2.1.2.3 Dãy sản phẩm iii 2.1.2.4 Các loại nhớ 2.2 Hệ thống khí nén 2.2.1 Ng̀n khí nén 2.2.1.1 Máy nén khí 2.2.1.2 Bình trích chứa nén khí 10 Các phần tử mạch điều khiển 11 2.2.2 2.2.2.1 Van đảo chiều 11 2.2.2.2 Van tiết lưu 12 2.3 Biến tần 15 2.3.1 Tìm hiểu về biến tần 15 2.3.2 Nguyên lý hoạt động của biến tần 15 2.3.3 Các tham số cài đặt 16 Relay trung gian (Rơ le) 17 2.4 2.4.1 Khát quát về Relay 17 2.4.2 Nguyên lý hoạt động 18 2.5 Cảm biến quang 19 2.5.1 Giới thiệu về cảm biến quang 19 2.5.2 Nguyên lý hoạt động 19 2.5.3 Điều chỉnh độ nhạy của cảm biến quang 21 2.6 Băng tải 22 2.7 Động xoay chiều pha quay băng tải 23 2.7.1 Giới thiệu về động 23 2.7.2 Nguyên lý hoạt động 24 2.8 Domino 24 2.9 Nguồn cung cấp 25 2.9.1 Nguồn xoay chiều 25 2.9.2 Nguồn chiều 26 iv CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH 27 3.1 Giới thiệu 27 3.2 Thiết kế sơ đồ khối 28 3.3 Thiết kế thi công trạm hệ thống 29 3.3.1 Trạm Master 29 3.3.1.1 Các module có trạm master 29 3.3.1.2 Thông số kỹ thuật của module 30 3.2.1.3 Thiết kế trạm master 32 3.3.2 Trạm điều khiển 33 3.3.2.1 Các module có trạm điều khiển 33 3.3.2.2 Thông số kỹ thuật của module 33 3.3.2.3 Thiết kế trạm điều khiển 35 3.3.3 Trạm giám sát 36 3.3.4 Băng tải 39 3.3.4.1 Cơ cấu truyền động băng tải 39 3.3.4.2 Cơ cấu động kéo băng tải 40 3.3.5 Trạm gắp phôi 40 3.3.5.1 Các cấu có trạm gắp phơi 40 3.3.5.1.1 Cơ cấu cánh tay quay gắp phôi: 40 3.3.5.1.2 Cơ cấu nâng cánh tay xoay gắp phôi 42 3.3.5.2 Phác thảo phần khí 43 3.2.6 Trạm cung cấp phôi 44 3.3.6.1 Các cấu có trạm cung cấp phôi 44 3.3.6.1.1 Mặt bệ đẩy phôi 44 3.3.6.1.2 Ống cung cấp phôi 46 3.3.6.1.3 Cơ cấu đẩy phôi 46 3.3.7 Thiết kế phần khuôn phôi 49 v 3.3.8 Trạm biến tần FR- E500 51 3.3.9 Các thiết bị ngoại vi 52 3.3.9.1 Động Oriental 4IK25GN-SWM 52 3.3.9.2 Relay trung gian Omron 53 3.3.9.3 Cảm biến lazer KEYENCE LV-11SA 53 3.3.11 Nguồn 56 3.3.12 Sơ đồ bố trí trạm mơ hình 57 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 58 4.1 Giới thiệu 58 4.2 Thi công hệ thống 58 Thi công phần mô hình 60 4.2.2 4.2.2.1 Thi công phần băng tải 60 4.2.2.2 Thi công khối cung cấp phôi 61 4.2.2.3 Thi công khối gắp phôi 61 4.2.2.4 Thi công khối van điện từ 62 4.2.2.5 Thi công phần khuôn 62 4.2.2.6 Tổng quan mô hình 63 Lập trình hệ thống 64 4.2.3 4.2.3.1 Yêu cầu hệ thống 64 4.2.3.2 Danh sách thiết bị 65 4.2.3.3 Lưu đờ thuật tốn 65 4.2.3.4 Phần mềm lập trình PLC Mitsubishi 70 Tài liệu hướng dẫn sử dụng 79 4.3 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 80 5.1 Giới thiệu 80 5.2 Kết đạt được 80 5.2.1 Giao diện giám sát 80 vi 5.2.2 Bảng điều khiển 81 5.2.3 Kết mô hình 82 5.3 Nhận xét – đánh giá 83 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 84 6.1 Kết luận 84 6.2 Hướng phát triển 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 vii MỤC LỤC HÌNH Hình Cấu trúc của PLC Hình 2 Lịch sử phát triển của dòng PLC Mitsubishi Hình Máy nén khí 10 Hình Bình lọc khí 11 Hình Van 5/2 11 Hình Hình ảnh van điện từ thực tế 12 Hình Hình ảnh van tiết lưu 12 Hình Xi lanh kẹp Artac 13 Hình Xi lanh xoay 14 Hình 10 Xi lanh tia 14 Hình 11 Xi lanh tia 14 Hình 12 Sơ đồ nguyên lý biến tần 15 Hình 13 Biến tần Mitsubishi E500 17 Hình 14 Relay trung gian thực tế 18 Hình 15 Mô tả hoạt động cảm biến quang 19 Hình 16 Lượng ánh sáng nhận về sẽ được chuyển tỉ lệ thành tín hiệu điện áp (hoặc dòng điện) sau đó được khuếch đại 20 Hình 17 Sensor xuất tín hiệu báo có vật nếu mức điện áp lớn mức ngưỡng 20 Hình 18 Băng tải thực tế 23 Hình 19 Động pha cỡ nhỏ 23 Hình 20 Domino công nghiệp 24 Hình 21 Mô tả điện áp 25 Hình 22 Nguồn 24V DC 10 26 Hình Sơ đồ khối của hệ thống 28 Hình Sơ đồ nguyên lý module A1SH42 32 Hình 3 Sơ đồ chân nút nhấn 33 Hình Sơ đồ chân đèn 34 Hình Sơ đồ chân công tắc xoay vị trí 35 Hình Bản vẽ thiết kế trạm điều khiển (35x24cm) 35 Hình Mô hình trạm điều khiển 36 Hình Một bên của khớp nối băng tải động 39 viii CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG Hình 16 Giao diện chon loại PLC  Chọn dòng PLC loại PLC cho phù hợp với mình  OK để vào hình lập trình  Giao diện hình lập trình Hình 17 Giao diện lập trình  Giới thiệu công cụ mà phần mềm sử dụng lệnh lập trình BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 72 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG o F5 ngõ vào thường hở o F5 ngõ vào thường hở o F6 ngõ vào thường đóng o F7 cuộn dây ngõ o F8 lệnh đặc biệt chương trình sử dụng cho SET, RESET, MOV, PLS, PLF, …  Setup cài đặt module cổng kết nối nạp chương trình Hình 18 Cài đặt setup cách liên kết với PLC  Chọn online  Transfer Setup sẽ hiện hình chọn Serial cổng kết nối PLC máy tính sau đó chon PLC module chọn loại PLC mà mình sử dụng BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 73 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG Sau đó nhấn Connection test  nếu thiết bị kết nối thì máy tính sẽ báo OK mình có thể nạp chương trình viết xong vào PLC để test Viết chương trình cho mơ hình BỘ MƠN ĐIÊN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 74 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 75 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 76 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 77 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 78 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 4.3 Tài liệu hướng dẫn sử dụng B1: Cấp nguồn cho hệ thống Gạt CP ng̀n lên vị trí ON B2: Chọn chế độ vận hành AUTO-MANUAL B3: Nếu chọn chế độ AUTO phải đặt số khn muốn sản x́t hình máy tính bằng cách nhấp vào ô số khuôn đặt trước Nếu chọn MANUAL thì không cần đặt trước số khuôn hình máy tính B4: Nếu chọn chế độ AUTO  nhấn Start  mô hình sẽ hoạt động theo chu trình viết trước đèn Start hiển thị Nếu muốn ngừng thì nhấn OFF mô hình sẽ ngừng hoạt động đèn Stop hiển thị B5: Sau chạy hết số khuôn đặt trước Nếu muốn sản xuất tiếp thì phải nhấn nút Reset hình để có thể đặt tiếp số khuôn muốn sản xuất tiếp B6: Nếu chọn chế độ MANUAL Sử dụng nút bảng điều khiển để điều khiển từng thiết bị Nhấn giữ cho thiết hoạt động nếu nhả thiết bị ngưng hoạt động B7: Khi sử dụng xong gạt CP ng̀n về vị trí OFF để đảm bảo an tồn BỘ MƠN ĐIÊN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 79 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 5.1 Giới thiệu Sau 15 tuần tìm hiểu tài liệu chuyên môn, tài liệu Internet với giúp đỡ tận tình của Giáo viên hướng dẫn, nhóm thực hiện đề tài: “ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM LẮP ĐẶT PHƠI” hồn thành xong theo yêu cầu đặt thời gian quy định với nội dung sau:  Nắm được kiến thức lập trình cho PLC Mitsubishi dòng A  Xây dựng được giao diện phần mềm thiết kế GT Designer giám sát chu trình  Mơ hình sau hồn thành hoạt động ổn định, liệu truyền nhận đầy đủ, khơng bị mất liệu q trình trùn nhận, có khả đáp ứng nhanh nhu cầu của người dùng 5.2 Kết đạt được 5.2.1 Giao diện giám sát Người dùng có thể quan sát hệ thống làm việc, kết sản xuất Có thể đặt trước số khuôn muốn sản xuất Tuy nhiên đồ họa của phần mềm không được đẹp đó củng điểm yếu của phần mềm này, muốn vẽ chu trình hoạt động thì rất khó cho người dùng hiểu Hình Giao diện hình giám sát BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 80 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Hình Màn hình giao diện giám sát 5.2.2 Bảng điều khiển Bảng điều khiển được nhóm em làm từ mica cứng, có nút, đèn để hiển thị trạng thái hoạt động, người dùng có thể dễ dàng thao tác nút nhấn swich gạt Hình Bảng điều khiển sau thi cơng xong BỘ MƠN ĐIÊN TỬ CƠNG NGHIỆP – Y SINH 81 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ 5.2.3 Kết mô hình Sau hoàn thành mạch điều khiển tiến hành thi công lắp ráp mô hình cho hợp lý, thì kết thu được sau: Hình Phôi được xi lanh đẩy chờ Hình 5 Phôi được xi lanh kẹp gắp BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 82 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ Hình Phôi được đưa đến vị trí khn 5.3 Nhận xét – đánh giá  Các nội dụng đạt được so với yêu cầu đặt ra:  Tìm hiểu về PLC Mitsubishi  Thiết kế gia công phần cứng mô hình  Thiết kế được giao diệm giám sát mô hình máy tính  Lắp đặt mơ hình theo vẽ đề  Tùy nhiên vẵn còn gặp số hạn chế sau:  Độ xác khuôn phôi chưa cao khiến việc gắp phôi sai lệch  Chất liệu gia công không được tốt BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu với giúp đỡ của thầy Trần Văn Sỹ bạn bè, nhóm hoàn thành sản phẩm thiết bị đáp ứng yêu cầu đề Các khối chức hoạt động đúng, cập nhật tín hiệu cảm biến, chế độ hoạt động xác, san phâm chạy ổn định thời gian dài  Ưu điểm của sản phẩm  Hoạt động ổn định môi trường khác thời gian dài  Tính an tồn, thân thiện với người dùng  Giao diện điều khiển đơn giản, dễ sử dụng  Nhược điểm của sản phẩm  Khơng có ng̀n độc lập mất điện  Cần có gia công chi tiết cao 6.2 Hướng phát triển Trong đề tài này, nhóm điều khiển thiết bị bằng module IO, giao diện giám sát hình máy tính.để phát triên đề tài nhóm em có ý tưởng sau: - Điều khiển thiết bị qua module CC link có thể điều khiển được nhiều nơi - Có thể bỏ bảng điều khiền khí thay vào đó điều khiển giám sát toàn hệ thống bằng hình HMI - Phát triển đề tài lên thành chuỗi hệ thống cung cấp phơi BỘ MƠN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Support Type A1SJHCPU User’s Manual (Hardware) Internet: http://suport.siriustrading.ro/02.DocArh/01.PLC/03.Modulare/05.MELSEC%20 AnS,QnAS/01.Unitati%20centrale/01.AnS/A1SJHCPU%20%20User's%20Manual%20(Hardware)%20IB(NA)-66469-P%20(06.14).pdf [2] PLC Mitsubishi MELSEC- A Series Internet : http://www.mitsubishielectric.com/fa/products/cnt/plca/pmerit/concept/index.ht ml , 2006 [3] Cài đặt biến tần Fr E500 Internet: https://dailythietbidiencongnghiep.com/huong-dan-cai-dat-bien-tan-mitsubishi/ , 2018 [4] GT Designer Version Screen Design Manual- hướng dẫn sử dụng GT Designer Internet: https://www.automationsystemsandcontrols.net.au/PDF's%20Mitsubishi/Manua ls/GOT/GT%20Designer3%20Version1%20Screen%20Design%20Manual%20 (Functions).pdf , 2014 [5] Đinh Văn Vinh, “Máy dập tự động”, Đồ án môn học cơng nghệ thủy lực – khí nén, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Vinh, http://luanvan.net.vn/luan-van/doan-may-dap-tu-dong63490/?fbclid=IwAR1KEDm9pzjvmUfQL9iLVozcDmJtCjj4gKwI22S9QLdPy OG1kIlU4Funp00, 2011 [6] Huỳnh Phan Trung Hiếu Trần Văn Bình,” Tìm Hiều Về Biến Tần”, Trường Đại học Công nghiệp TPHCM,Internet: http://luanvan.net.vn/luan-van/de-taitim-hieu-ve-bien-tan-44670/?fbclid=IwAR2ueAPfHKhf2YzF8c8OTZX67jwbYF2LavW7YE2lw1Zt69Q10LfpX2bmsM, 2013 [7] Tìm hiểu về Relay, Internet: https://tailieu.vn/doc/thuyet-trinh-tim-hieu-ve-role1883559.html?fbclid=IwAR35UPcmsKUrA3QIwaytn6q7HSsqi8aXkqrp74dV1 o3s3u960CrbSrhVjGA, 2016 BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO [8] Cảm biến quang, Internet: https://sieuthivattudien.com/cam-bien-quang-dien-lagi-cong-dung-va-vai-tro-cua-no/?fbclid=IwAR2oeA3_jGQt2hXWQItOYObnp4-h4-uSeRX621eAv9HS_AYo1nA8eYH7yM, 2017 [9] Van điện từ khí nén, Internet: https://vankhinen.vn/van-dien-tu-khi-nen-la-gisolenoid-valve-la-gi-bid93.html, 2016 BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 86 ... lực, khí nén kỹ thuật lập trình PLC mô phỏng giám sát Với ưu điểm nhóm thực hiện chọn đề tài “Ứng dụng PLC điều khiển giám sát mơ hình trạm lắp đặt phôi để nghiên cứu, mở rộng trau... liên kết với PLC 73 Hình Giao diện hình giám sát 80 Hình Màn hình giao diện giám sát 81 Hình Bảng điều khiển sau thi công xong 81 Hình Phôi được xi... đề tài Khảo sát hệ thống MPS xây dựng hệ thống trạm lắp đặt phôi Thiết kế thi cơng được mơ hình dùng PLC Mitsubishi, trạm điều khiển kết hợp PC để làm giao diện giám sát hệ thống