Nghiên cứu ứng dụng plc để xây dựng mổ số bài thí nghiệm phân loại sản phẩm phục vụ công tác đào tạo tại trường cao đẳng công nghiệp và xây dựng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ THANH TÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ THANH TÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐÀO ĐẮC TUYÊN HÀ NỘI – 2014 LỜI CAM ĐOAN Đề tài " Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng số thí nghiệm phân loại sản phẩm phục vụ công tác đào tạo trường Cao đẳng công nghiệp xây dựng Quảng Ninh" hoàn toàn tác giả nghiên cứu, thiết kế xây dựng Nội dung, kết nghiên cứu nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin chịu trách nhiệm tính pháp lý đề tài Hà nội, tháng 10 năm 2014 Tác giả đề tài Lê Thanh Tình DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Tên hình Một số dây chuyền sản xuất có ứng dụng phân loại sản Trang 27 phẩm 2.2 Cấu tạo cảm biến quang dạng thu phát riêng 29 2.3 Cấu tạo cảm biến quang dạng thu phát chung 29 2.4 Mạch kiểu tranzitor NPN cực thu để hở 30 2.5 Mạch kiểu tranzitor PNP cực thu để hở 30 2.6 Hình dáng cảm biến E3F3 31 2.7 Các kích thước cảm biến 31 2.8 Hình dáng cảm biến E2E omron 31 2.9 Hình dáng cảm biến E3JK omron 32 2.10 Hình dáng cảm biến màu sắc E3X-DA-S 35 2.11 Cấu tạo loadcell 38 2.12 Một số hình dạng loadcell 38 2.13 Kết nối strain gate loadcell 39 2.14 Mạch tương đương thevenin loadcell 40 2.15 Sơ đồ kết nối loadcell mạch tương đương Thevenin 40 2.16 Sơ đồ nguyên lý Junction Box loadcell 40 2.17 Mạch tương đương Junction Box 41 2.18 Hình dáng loadcell VLC106 VMC-USA 41 2.19 Hình dáng loadcell VLC132 VMC-USA 42 2.20 Hình dáng loadcell VLC110S 43 3.1 Cấu trúc PLC 49 3.2 PLC S7 200 – CPU 224 51 3.3 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi 53 3.4 Ghép nối PLC máy tính 53 3.5 Sơ đồ nguyên lý mơ hình phân loại sản phẩm theo kích 55 thước 3.6 Khối nguồn 56 3.7 Sensor E3F-DS10C4 sử dụng mơ hình 57 3.8 Hình dáng nút bấm PB-221A1B,  22 ,1NC, 1NO 58 3.9 Cơng tắc hành trình Omron Z-15GW2-B 58 3.10 Sơ đồ nối dây công tắc hành trình Omron Z-15GW2-B 59 3.11 Động điện chiều Excem D840-30B 59 3.12 Kích thước động điện chiều Excem D840-30B 60 3.13 Rơ le MY2NJ omron 60 3.14 Lưu đồ thuật tốn mơ hình phân loại theo kích thước 62 3.15 Sơ đồ kết nối cảm biến với PLC 65 3.16 Sơ đồ kết nối rơ le trung gian với động 65 3.17 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi 66 3.17 Sơ đồ kết nối cơng tắc hành trình với PLC 66 3.19 Sơ đồ nguyên lý Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu 69 sắc 3.20 Hình dáng động bước cuộn dây sử dụng mô 70 hình 3.21 Sơ đồ đầu dây động bước 71 3.22 Driver M542 NC động bước 72 3.23 Hình dáng xilanh sử dụng mơ hình thí nghiệm 72 3.24 Xilanh gắp sản phẩm 73 3.25 Van đảo chiều 5/2 có vị trí khơng 73 3.26 Van đảo chiều 5/3 73 3.27 Bộ đếm H7EC omzon 73 3.28 Sản phẩm phân loại theo màu sắc 74 3.29 Lưu đồ thuật tốn mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc 3.30 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi 83 3.31 Sơ đồ kết nối động bước 83 3.32 Sơ đồ kết nối rơ le trung gian với cuộn hút van đảo chiều 84 3.33 Sơ đồ kết nối mạch khí nén 84 3.34 Sơ đồ kết nối cảm biến với đầu vào PLC 84 3.35 Sơ đồ kết nối cảm biến nguyên điểm với đầu vào PLC 84 3.36 Sơ đồ kết nối cảm biến màu sắc với PLC 85 3.37 Sơ đồ ngun lý mơ hình phân loại sản phẩm theo khối 87 lượng 3.38 CPU224XP Siemens 98 3.39 Lưu đồ thuật tốn thí nghiệm phân loại SP theo khối 91 lượng 3.40 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi 100 3.41 Sơ đồ kết nối mạch khí nén 100 3.42 Sơ đồ kết nối rơ le trung gian với động cơ, van đảo chiều 100 10 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 3.1 Đặc điểm thông số số loại CPU S7-200 52 3.2 Các đầu vào mô hình phân loại SP theo kích thước 61 3.3 Các đầu mơ hình phân loại SP theo kích thước 61 3.4 Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị thí nghiệm phân loại SP theo 66 kích thước 3.5 Các đầu vào mơ hình phân loại SP theo màu sắc 74 3.6 Các đầu mơ hình phân loại SP theo màu sắc 75 3.7 Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị thí nghiệm phân loại SP theo 85 màu sắc 3.8 Các đầu vào mơ hình phân loại SP theo khối lượng 90 3.9 Các đầu mơ hình phân loại SP theo khối lượng 90 3.10 Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị thí nghiệm phân loại SP theo khối lượng 101 MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa…………………………………………………………… Lời cam đoan…………………………………………………………… Mục lục…………………………………………………… …………… Danh mục hình vẽ……………………………………………… … Danh mục bảng…………………………………………… ……… 10 Mở đầu ………………………………………… ……… ………… 11 Tính cấp thiết đề tài ……………………………………………… 11 Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài ………………… ……… 11 Mục đích đề tài 12 Phương pháp nghiên cứu 13 Nội dung nghiên cứu 13 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 13 Cấu trúc luận văn 14 Chương GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG QUẢNG NINH 15 1.1 Giới thiệu chung trường 15 1.1.1 Vị trí địa lí 15 1.1.2 Chức năng, nhiệm vụ Trường 15 1.1.3 Lịch sử hình thành phát triển 16 1.1.4 Tổ chức hành …………………………………………….… 17 1.2 Giới thiệu hệ thống phịng thí nghiệm trường 17 1.3 Đánh giá thực trạng hệ thống phịng thí nghiệm xu phát triển Nhà trường 20 1.3.1 Xu phát triển Trường 20 1.3.2 Thực trạng hệ thống phịng thí nghiệm điện tử - tự động hóa 22 Chương GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 26 2.1 Đặt vấn đề 26 2.2 Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước 28 2.2.1 Giới thiệu ………………………………………………………… 28 2.2.2 Phạm vi ứng dụng hệ phân loại theo kích thước ………………… 28 2.2.3 Phương pháp phân loại …………………………………………… 28 2.2.3.1 Cảm biến quang điện E3F3 ……………………………………… 29 2.2.3.2 Cảm biến cảm ứng từ E2E 31 2.2.3.3 Cảm biến cảm ứng từ E3JK ……………………………………… 32 2.3 Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 33 2.3.1 Giới thiệu …………………………………………………………… 33 2.3.2 Phạm vi ứng dụng hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc ……… 33 2.3.3 Phương pháp nhận biết màu sắc 34 2.3.3.1 Cảm biến màu E3X-DA-S 34 2.3.3.2 Cảm biến màu E3X-SD ………………………………………… 35 2.4 Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng 36 2.4.1 Khái quát …………………………………………………………… 36 2.4.2 Phạm vi ứng dụng hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng …… 37 2.4.2 Phương pháp phân loại …………………………………………… 38 2.4.2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc loadcell …………………… 38 2.4.2.2 Ứng dụng loadcell …………………………………………… 41 2.4.2.3 Một số loadcell thông dụng ……………………………………… 41 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ XÂY DỰNG QUẢNG 45 NINH 3.1 Tổng quan điều khiển PLC 45 3.1.1 Giới thiệu PLC 45 3.1.2 Lợi ích việc sử dụng PLC 46 3.1.3 Ưu, nhược điểm sử dụng lập trình hệ thống điều khiển PLC … 48 3.1.3.1 Ưu điểm PLC ………………………………………………… 48 3.1.3.2 Nhược điểm PLC 49 3.2 Cấu trúc PLC 49 3.2.1 Bộ xử lý PLC 49 3.2.2 Bộ nguồn 49 3.2.3 Bộ nhớ 50 3.2.4 Thiếp bị lập trình …………………………………………………… 50 3.2.5 Các phần nhập xuất 50 3.3 Giới thiệu điều khiển logic khả trình PLC S7 - 200 50 3.3.1 Giới thiệu chung …………………………………………………… 50 3.3.2 Đặc điểm thông số số loại CPU S7-200 52 3.3.3 Ngơn ngữ lập trình điều khiển PLC 53 3.4 Xây dựng thí nghiệm phân loại sản phẩm theo kích thước ……… 54 3.4.1 Mục đích, yêu cầu thí nghiệm 54 3.4.1.1 Mục đích 54 95 96 97 98 99 100 3.6.7 Sơ đồ kết nối mơ hình thí nghiệm Hình 3.40 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi Hình 3.41 Sơ đồ kết nối mạch khí nén Hình 3.42 Sơ đồ kết nối rơ le trung gian với động cơ, van đảo chiều 101 3.6.8 Hướng dẫn thí nghiệm Bảng 3.10 Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị thí nghiệm TT Thiết bị, dụng cụ SL Ghi Bàn thực hành thí nghiệm phân loại sản phẩm theo 01 khối lượng Đồng hồ vạn 01 Dây nối, giắc cắm 01 Máy tính cá nhân có cài phần mềm lập trình PLC 01 Máy nén khí 01 Cáp truyền thông RS232/RS485 01 Các bước thực - Bước 1: + Phân tích u cầu tốn, lựa chọn xác định số lượng đầu vào/ra PLC + Dùng đồng hồ vạn kiểm tra thiết bị bàn thực hành thí nghiệm - Bước 2: Lập lưu đồ thuật toán chương trình thí nghiệm - Bước 3: + Gán địa đầu vào/ra PLC với thiết bị ngoại vi + Viết chương trình điều khiển phần mềm Step Microwin PLC S7 200 (phần mềm cài đặt máy tính cá nhân) - Bước 4: + Cấp nguồn vận hành cho bàn thí nghiệm + Download chương trình thí nghiệm từ máy tính cá nhân vào PLC Kết nối PLC với thiết bị ngoại vi đầu vào/ra + Tác động đầu vào cho hệ thống hoạt động + Quan sát trạng thái hoạt động hệ thống, kiểm tra lỗi sửa lỗi 102 - Bước 5: + Dừng hệ thống ngắt điện cho bàn thí nghiệm + Rút nhận xét kết luận + Ghi lại kết thí nghiệm theo nội dung : Lập lưu đồ thuật tốn thí nghiệm Bảng gán địa đầu vào/ra PLC ứng với thiết bị ngoại vi Chương trình điều khiển thí nghiệm Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Nghiên cứu, ứng dụng PLC để xây dựng số thí nghiệm phân loại sản phẩm phục vụ công tác đào tạo trường Cao đẳng công nghiệp xây dựng đề tài có tính cần thiết, có ý nghĩa lý thuyết thực tiễn Kết nghiên cứu luận văn thể điểm sau đây: Đánh giá thực trạng phịng thí nghiệm điện tử - tự động hóa trường Cao đẳng Công nghiệp Xây dựng nhu cầu xây dựng thí nghiệm điện tử - tự động hóa phục vụ cho q trình giảng dạy mơn học điện tử - tự động hóa nhà trường Trình bày số phương pháp phân loại sản phẩm, tính cần thiết tốn phân loại sản phẩm, vai trị ứng dụng tự động hóa để phân loại sản phẩm cơng nghiệp Tính tốn xây dựng cụ thể thí nghiệm ứng dụng PLC để phân loại sản phẩm: Phân loại sản phẩm theo kích thước, phân loại sản phẩm theo màu sắc, phân loại sản phẩm theo khối lượng Xây dựng thí nghiệm, có tài liệu hướng dẫn kèm, trình tự bước thí nghiệm tương ứng với thí nghiệm xây dựng Thành lập lưu đồ thuật tốn, viết chương trình điều khiển PLC cho thí nghiệm phân loại sản phẩm Mơ hình đưa vào phục vụ thí nghiệm nhà trường Kiến nghị Kiến nghị áp dụng thí nghiệm ứng dụng PLC phân loại sản phẩm vào việc giảng dạy trường Cao đẳng Công nghiệp Xây dựng Tác giả mong muốn nhà trường tạo điều kiện giúp đỡ để tác giả phát triển đề tài sở nghiên cứu, góp phần phục vụ cho phát triển nhà trường 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước (2000), Tự động hóa Simatic S7 200, S7 300, NXB KHKT [2] Ngơ Diên Tập (2011), Đo lường điều khiển máy tính, NXB KHKT [3] PGS TS Lê Văn Doanh (2011), Các cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển, NXB KHKT [5] TS Nguyễn Ngọc Vĩnh, Đo lường nâng cao [6] Nguyễn Ngọc Phương (1998), Hệ thống điều khiển khí nén, NXB Giáo dục [7] Các tài liệu khác từ Internet: + http://www.loadcell.vn/ + http://www.loadcell.vn/sanpham/98/322/VLC132-VMC-USA.html + http://www.loadcell.vn/sanpham/98/321/VLC110H-VMC-USA.html + http://www.loadcell.vn/sanpham/98/296/Load-cell-VLC110S.html +http://www.atc-automation.com.vn/tin-tuc-su-kien/14-tin-tuc-sukien/107-bo-nguon-xung-5-12-24-48-vdc-sunwor.html + http://automaticforea.com/products/734/Cam-bien-quang-E3X.htm +http://xuctienthuongmai.vn/Business/ProductDetails/?id=15&pid=156 30 PHỤ LỤC Phụ lục BẢNG QUY TRÌNH THỰC HIỆN CÁC BÀI THÍ NGHIỆM T T Nội dung cơng việc Lập lưu thuật toán đồ Phương pháp thao tác - Phân tích tốn - Viết lưu đồ thuật toán - Mở phần mềm step7 Microwin - Chọn symbol table, khai Gán địa báo ký hiệu, địa đầu vào/ra giải PLC Viết chương trình điều khiển Nạp chương trình từ máy tính vào PLC Kết nối đầu vào, chạy mô Kiểm tra lỗi, sửa lỗi Kết nối đầu ra, điều khiển chạy hồn chỉnh tốn - Chú giải lệnh dòng commant - Chọn Program block, vào thư viện -> lấy lệnh logic - Tại thư viện lệnh thời gian lấy TON - Dùng cáp PC/PPI kết nối máy tính với PLC - Load chương trình vào PLC - Dùng giắc cắm kết nối đầu vào PLC với thiết bị ngoại vi - Tác động nút bấm theo yêu cầu toán, quan sát đèn báo trạng thái đầu - Dùng giắc cắm kết nối đầu PLC với động - Bấm nút điều khiển hệ thống hoạt động Yêu cầu kỹ thuật - Phân tích tốn - Lập lưu đồ thuật toán đơn giản, tối ưu - Mở phần mềm Step7-Microwin - Khai báo đúng, đầy đủ địa vào/ra PLC ứng với thiết bị ngoại vi - Giải thích chức địa - Lấy lệnh logic - Lấy thời gian TON khai báo thời gian trễ - Kết nối PLC với máy tính - Nạp chương trình vào PLC - Kết nối địa đầu vào - Các đèn đầu PLC sáng theo yêu cầu toán - Kết nối địa đàu - Toàn hệ thống chạy theo yêu cầu toán Phụ lục CÁC LỖI THƯỜNG GẶP KHI THÍ NGHIỆM NGUYÊN NHÂN VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC TT Lỗi thường gặp - Gán chồng địa Gán sai địa khắc phục - Gán lại địa khác địa - Nhầm lệnh - Vào thư viện lệnh, lấy thư viện lệnh lại lệnh Thời gian mở trễ - Chọn sai thời gian - Chọn lại thời gian động - Đặt sai giá trị đặt - Tính đặt lại giá trị khơng xác thời gian đặt PT - Viết sai cú pháp - Xem lại cú pháp câu chương trình lệnh, viết lại chương Lấy sai câu lệnh Khơng download Biện pháp Ngun nhân trình chương trình - Chưa cấp nguồn cho vào PLC PLC - Cấp nguồn cho PLC - Chưa kết nối - Kiểm tra cáp PC/PPI, PLC với máy tính kết nối lại - Chương trình viết sai - Dựa vào lưu đồ thuật toán, viết lại chương Hệ thống hoạt động khơng trình - Kết nối chưa đúng, - Kết nối địa chỉ, chưa tiếp xúc tốt, kết đảm bảo tiếp xúc tốt nối nhầm địa Hình ảnh mơ hình thí nghiệm phân loại sản phẩm theo màu sắc 76 Begin I1.4=1 S Đ stop=1 Q0.1=0 (Đ/cơ quay ng ược) M 3=0 xilanh 2=0 M 5=0 phát xung=1 (Q0.0) M 4=0 M 2=0 I1.4=1 phát xung=0 (Q0.0) start=1 end CB1=0 M2=1 t=1,5s xilanh1=1 t=2,5s xilanh1=0 màu 1=1 màu 2=0 màu 3=0 màu 1=0 màu 2=1 màu 3=0 màu 1=0 màu 2=0 màu 3=1 CB1=1 CB1=1 CB1=1 M2=0 M2=0 M2=0 t=1s t=1s t=1s xilanh3(xuống)=1 xilanh3(lên)=0 xilanh3(xuống)=1 xilanh3(lên)=0 xilanh3(xuống)=1 xilanh3(lên)=0 t=3,5s t=3,5s t=3,5s xilanh2(gắp)=1 xilanh2(gắp)=1 xilanh2(gắp)=1 xilanh3(lên)=1 xilanh3(xuống)=0 xilanh3(lên)=1 xilanh3(xuống)=0 xilanh3(lên)=1 xilanh3(xuống)=0 phát xung=1 (Q0.0) phát xung=1 (Q0.0) phát xung=1 (Q0.0) Q0.1=1 (Đ/cơ quay thuận) Q0.1=1 (Đ/cơ quay thuận) Q0.1=1 (Đ/cơ quay thuận) đủ 142 xung đủ 200 xung đủ 260 xung phát xung=0 (Q0.0) phát xung=0 (Q0.0) phát xung=0 (Q0.0) xilanh3(xuống)=1 xilanh3(xuống)=1 xilanh3(xuống)=1 xilanh3(lên)=0 xilanh3(lên)=0 xilanh3(lên)=0 t=1,5s t=1,5s t=1,5s xilanh2(gắp)=0 xilanh2(gắp)=0 xilanh2(gắp)=0 t =1s t =1s t =1s xilanh3(xuống)=0 xilanh3(xuống)=0 xilanh3(xuống)=0 xilanh3(lên)=1 xilanh3(lên)=1 xilanh3(lên)=1 Q0.1=0 (Đ/cơ quay ng ược) M3 = Q0.1=0 (Đ/cơ quay ngược) t =5s phát xung=1 (Q0.0) phát xung=1 (Q0.0) CB3 =1 I1.4=1 Q0.1=0 (Đ/cơ quay ng ược) M5 = t =5s phát xung=1 (Q0.0) t =5s CB3 =1 I1.4=1 M3 = phát xung=0 (Q0.0) M4 = M3 = counter1 ++ phát xung=0 (Q0.0) CB3 =1 I1.4=1 M3 = counter2 ++ counter2 ++ phát xung=0 (Q0.0) Hình 3.29 Lưu đồ thuật tốn mơ h ình thí nghiệm phân loại sản phẩm theo màu sắc ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ THANH TÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG PLC ĐỂ XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM PHỤC VỤ CÔNG TÁC ĐÀO TẠO TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP VÀ... nghiệm để phục đào tạo Trường vấn đề thiếu Chính 13 mà việc nghiên cứu, xây dựng số thí nghiệm ứng dụng PLC phân loại sản phẩm phục vụ cho công tác đào tạo trường Cao đẳng Công nghiệp Xây dựng. .. tử Đề tài nghiên cứu ứng dụng PLC để xây dựng số thí nghiệm phân loại sản phẩm, phục vụ công tác đào tạo Trường Cao đẳng Công 14 nghiệp Xây dựng Quảng Ninh phù hợp với xu phát triển Trường, dùng