LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực, chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hải phòng, ngày..... tháng ...... năm 2009 Học viên thực hiện ĐỒNG VĂN NGỌC2 LỜI CẢM ƠN Thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu mô hình dạy học “Băng tải đếm phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7200 và điện khí nén” em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô khoa sau đại học cùng các thầy cô trong khoa Điện trường Đại học Hàng Hải đã cung cấp cho em những kiến thức cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi, giúp em hoàn thành luận văn theo đúng thời gian quy định. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS. Lưu Kim Thành người đã hướng dẫn và tận tình giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài. Qua đây em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ các thầy cô và các bạn đồng nghiệp, để giúp em có thêm những hiểu biết và hoàn thiện hơn trong quá trình làm việc sau này. Em xin chân thành cảm ơn 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN.................................................................................................................2 MỤC LỤC ......................................................................................................................3 DANH MỤC CÁC BẢNG..............................................................................................5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................6 MỞ ĐẦU.........................................................................................................................9 1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: ................................................................9 2 Mục đích nghiên cứu của đề tài: ........................................................................10 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.......................................................................10 4 Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................10 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn...................................................................................11 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN........................................................................................12 1.1 TÍNH THỜI SỰ CỦA ĐỀ TÀI ...........................................................................12 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY LIÊN QUAN TỚI ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG TẬP TRUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI...............................................16 CHƯƠNG II : CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN HỆ HIỆU ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐẾM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM..............................................................26 1.3. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN, CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN TỬ CHẤP HÀNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN........27 1.3.1.Hệ thống điều khiển Điện Khí nén 1,15...........................................................27 1.3.2. Các phần tử điện1,15: ......................................................................................28 1.3.3. Các phần tử điều khiển: .....................................................................................37 1.3.4. Cơ cấu chấp hành ...............................................................................................41 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN HỆ HIỆU ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐẾM PHÂN LOẠI SẢN PHẨM ...............................................................................47 2.1. THIẾT KẾ LỰA CHỌN CẢM BIẾN...................................................................47 2.1.1. Khái quát chung về cảm biến 15......................................................................47 2.1.2. Lựa chọn cảm biến..............................................................................................51 2.2. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỂN ĐỘNG CHO DÂY CHUYỀN BĂNG TẢI....................................................................................................................59 2.2.1. Động cơ điện một chiều. ....................................................................................59 2.2.2. Động cơ xoay chiều 3 pha. .................................................................................59 2.2.3. Động cơ xoay chiều một pha có vành góp. .........................................................60 Hiệu suất làm việc không cao vì có tổn hao sắt và tổn hao phụ. ....................................60 2.2.4. Động cơ servo......................................................................................................60 2.2.5 Lựa chọn động cơ: ..............................................................................................67 2.3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN CHO HỆ THỐNG ............684 2.3.1. Sơ đồ hành trình bước........................................................................................68 2.3.2. Mạch điều khiển điện khí nén ............................................................................69 2.4. HỆ ĐIỀU KHIỂN PLC TRONG KHÂU ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 9,10,12,7......................................................................................................................70 2.4.1. Vai trò của PLC trong khâu đếm và phân loại sản phẩm.................................70 2.4.2. Biểu diễn tín hiệu số............................................................................................70 2.4.3. Thiết bị điều khiển trong logic khả trình .........................................................71 2.4.4. Cấu trúc của PLC. .............................................................................................71 2.4.5. Bộ sử lý trung tâm ..............................................................................................73 2.4.6. Phân loại PLC.....................................................................................................75 2.4.7. Thiết bị điều khiển khả trình PLC S7200........................................................76 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC TẾ ...................................................87 3.1. CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG MÔ HÌNH........................................................87 3.1.1 Bản vẽ phần cơ khí ..............................................................................................87 3.1.2. Sơ đồ khối nguyên lý chung điều khiển băng tải ...............................................88 3.1.3. Khối nguồn..........................................................................................................89 3.1.4. Mạch động lực.....................................................................................................91 3.1.5. Mạch điều khiển trung tâm. ...............................................................................91 3.1.6. Mô hình tổng thể.................................................................................................93 3.2. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU ĐIỀU KHIỂN ...........................................94 3.3. VIẾT CHƯƠNG TRÌNH (xem phần phụ lục 4.3) .............................................95 3.4. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM............................................................96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ......................................................................................98 1. Kết luận ...............................................................................................................98 2. Kiến nghị...................................................................................................................98 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................99 PHỤ LỤC ...................................................................................................................101 4.1 Các sơ đổ mạch phần cứng...................................................................................101 4.1.1. Sơ đồ mạch nguồn.............................................................................................101 4.1.2 Sơ đồ mạch công suất .......................................................................................101 4.2 Các hình ảnh thực tế.............................................................................................103 4.3 Chương trình điều khiển......................................................................................1045 DANH MỤC CÁC BẢNG – SƠ ĐỒ Bảng 1.1: Kí hiệu các van............................................................................. 37 Sơ đồ1.1: Kí hiệu kiểu van ........................................................................... 39 Sơ đồ 2.1. Mô hình thiết bị cảm nhận........................................................... 47 Sơ đồ 2.2: Hệ thống điều khiển tự động quá trình......................................... 48 Bảng 2.1: Địa chỉ của PLC s7200 ............................................................... 82 Bảng 2.2: Vòng quét PLC ............................................................................ 846 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình điển hình cho dây chuyền sản xuất ................................. 14 Hình 1.2: Dây chuyền tự động nhận dạng, phân loại gạch ốp lát Granite...... 16 (Ảnh: nhandan) ............................................................................................ 16 Hình 1.3: Các công nghệ then chốt đóng góp vào sự phát triển hệ thống...... 18 Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý cấu trúc hệ thống phân loại gạo theo màu sắc .. 19 Hình 1.5: Yêu cầu phân loại theo màu sắc.................................................... 20 Hình 1.6 Sự sai khác so với nền (chỉnh ngang bằng với hạt tốt) của hạt lỗi và tạp chất......................................................................................................... 21 Hình 1.7: Quan hệ giữa hệ số phản xạ và bước sóng đối với gạo và các loại tạp chất......................................................................................................... 21 Hình 1.8. Mô hình tương tác ánh sáng với bề mặt vật liệu............................ 22 Hình 1.9. Lưu đồ thuật toán xử lý nhận dạng................................................ 22 Hình 1.10. Lưu đồ thuật toán thu thập xử lý thời gian thực .......................... 23 Hình 1.11. Lưu đồ thuật toán chu trình tổng quát ......................................... 23 Hình 1.12: Hệ thống điều khiển bằng khí nén .............................................. 27 Hình 1.13: Trình tự một khâu điều khiển...................................................... 28 Hình 1.14 Công tắc ...................................................................................... 28 Hình 1.15 Nút ấn a.Nút ấn đóng _mở. b.Nút ấn chuyển mạch. .............. 29 Hình 1.16 Kí hiệu rơle theo DIN 40713 ....................................................... 30 Hình 1.17 Rơle thời gian tác động muộn. ..................................................... 30 Hình 1.18. Cách nối các cựcva tiếp điểm rơle thời gian tác động muộn........ 31 Hinh 1.21. Công tắc hành trình điện cơ. ....................................................... 32 Hình 1.22: Hai dạng kí hiệu của công tắc hành trình điện cơ........................ 32 Hình 1.23:. Công tắc hành trình nam châm . ................................................ 33 Hình 1.24 : Nguyên ký hoạt động của cảm biến cảm ứng từ......................... 34 Hình 1.25 :. Cách lắp và kí hiệu cảm biến cảm ứng từ.................................. 34 Hình 1.26: Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung............................. 35 Hình 1.27: Kí hiệu cảm biến điện dung. ....................................................... 35 Hình 1.28: Cảm biến quang......................................................................... 36 Hình 1.29:a.Cảm biến quang một chiều, b.Cảm biến quang phản hồi. .......... 36 Hình 1.30: Kí hiệu cảm biến quang ............................................................. 367 Hình 1.31: Van 22 điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện ...................... 38 Hình 1.32: Cấu tạo và kí hiệu van đảo chiều 32điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén.................................................................................... 39 Hình 1.33: Van một chiều ............................................................................ 40 Hình 1.34: Van logic OR.............................................................................. 40 Hình 1.34:: Van xả khí nhanh....................................................................... 41 Hình 1.35: Lực tác dụng lên xylanh tác dụng đơn ........................................ 41 Hình 1.36: Xylanh tác dụng kép ................................................................... 42 Hình 1.37: Xylanh tác dụng kép không có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy.............................................................................................................. 42 Hình 1.38: Xylanh tác dụng hai chiều, có bộ phận giảm chấn ở cuối khoảng chạy.............................................................................................................. 43 Hình 1.39: Động cơ bánh răng ..................................................................... 43 Hình 1.40: Động cơ trục vít.......................................................................... 44 Hình 1.41: Cấu tạo của động cơ cánh gạt ..................................................... 44 Hình 1.42: Động cơ pittông hướng kính ....................................................... 45 Hình 1.43: Động cơ pittông dọc trục ............................................................ 45 Hình 1.44: Động cơ tua bin dọc trục............................................................. 46 Hình 1.45: Động cơ màng ............................................................................ 46 Hình 2.1: Cơ sở của cảm biến từ .................................................................. 52 Hình 2.2: Cấu trúc đầu cảm ứng................................................................... 53 Hình 2.3: Đường sức từ và sự tác động của vật kim loại .............................. 54 Hình 2.4: Hoạt động cảu cảm biến từ tiệm cận chuyển mạch ....................... 55 Hình 2.5: Khoảng cách tác động phụ thuộc vật liệu...................................... 56 Hình 2.6: Cảm biến từ loại chuyển mạch...................................................... 57 Hình 2.7: Cảm biến từ loại tín hiệu ra tương tự ............................................ 57 Hình 2.8: Cảm biến từ loại IWA 30 U 9001 (Baumer) ................................. 58 Hình 2.9: Cảm biến từ loại IWA 18 U 9001 (Baumer) ................................. 58 Hình 2.10: Sơ đồ khối của động cơ servo tiêu biểu..................................... 61 Hình 2.11: Điều khiển servo........................................................................ 62 Hình 2.12: Mạch động cơ DC servo ........................................................... 64 Hình 2.13: Sơ đồ khối của hệ điều khiển đông cơ DC kiểu tương tự ........... 67 Hình 2.14: Mạch điều khiển động cơ DC servo .......................................... 678 Hình 2.15: Sơ đồ nguyên lý hành trình bước ................................................ 69 Hình 2.16: Sơ đồ điện khí nén...................................................................... 70 Hình 2.17: Sơ đồ cấu trúc bộ nhớ của PLC................................................... 73 Hình 2.18: cấu trúc tổng quan của PLC ....................................................... 75 Hình 2.18: Hình ảnh các loại PLC............................................................. 75 Hình 2.19: Hình ảnh thật thiết bị PLC – s7 200............................................ 76 Hính 2.20: Cách kết nối PLC với PC............................................................ 78 Hình 3.1: bản vẽ phần cơ khí........................................................................ 87 Hình 3.2: Sơ đồ khối nguyên lý chung điều khiển băng tải........................... 88 Hình 3.3: Sơ đồ động lực ............................................................................. 91 Hình 3.4: Sơ đồ kết nối giao tiếp thiết bị ngoại vi PLC .............................. 91 Hình3.5 : Mạch giao tiếp phần cứng đầu ra ............................................. 92 Hình : 3.6: mạch điều khiển khí nén............................................................. 92 Hình 3.7 : mô hình tổng thể.......................................................................... 94 Hình 3.8: Lưu đồ thuật toán.......................................................................... 95 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn...................................................... 101 Hình 4.2: Sơ đồ board mạch nguồn ........................................................... 101 Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch công suất................................................. 102 Hình 4.4: Sơ đồ board mạch công suất ....................................................... 103 Hình 4.5: Hình ảnh mô hình thực tế ........................................................... 1049 MỞ ĐẦU 1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: Hiện nay sự tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng, với sự ra đời của hàng loạt những sản phẩm mới ứng dụng những tiến bộ ở những nước phát triển.Đặc biệt trong những năm gần đây kĩ thuật điều khiển phát triển mạnh mẽ, có nhiêug công nghệ điều khiển mới được ra đời để thay thế cho những công nghệ đã lỗi thời. Để bắt kịp với tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới cũng như đáp ứng yêu cầu CNH_HĐH đất nước thì ngành công nghiệp Việt Nam đang thay đổi nhanh chóng, công nghệ và thiết bị hiện đại đang dần dần được thay thế các công nghệ lạc hậu và thiết bị cũ. Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình PLC, Vi xử lý, điện khí nén, điện tử. Đang được úng dụng rộng rãi trong công nghiệp như các dây truyền xản xuất nước ngọt, chế biến thức ăn gia xúc, máy điều khiển theo chương trình CNC, các hệ thống đèn giao thông, các hệ thống báo động. Trong các trường đại học, cao đẳng và các trường trung học chuyên nghiệp và dạy nghề đã và đang đưa các thiết bị hiện đại theo thiên hướng tự động hóa có khả năng lập trình được đưa vào giảng dạy. Một trong những loại thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ và đảm bảo có độ tin cậy cao đáp ứng được với môi trường công nghiệp là hệ thống điều khiển tự động PLC4,10,11,12,13. Để trang bị cho sinh viên sau khi ra trường ngày Điện – Điện tử có thể làm chủ được với các công nghệ tự động hóa, thì điều đầu tiên trong môi trường dạy học cũng phải mang chuẩn các điều kiện công nghiệp, đặc biệt hơn cả là trong các bài giảng, giáo trình cũng phải luôn bám sát với thực tế, với xu thế xã hội. Để làm được điều này thì phương tiên hỗ trợ các bài giảng là hết sức cần thiết. Đối với môn học điều khiển PLC thì các mô hình thực tế là không thể thiếu. Đáp ứng nhu cầu này các sản phẩm nhập ngoại như các dây chuyền của hãng FESTO, LUCAS... là rất chuyên nghiệp. Nhưng trong điều kiện kinh tế hiện nay ngành giáo dục cung ứng cho cá trường đào tạo là10 rất ít. Chính vì thế bản thân em là một Giáo viên đang giảng dạy về lĩnh vự tự động hóa nhận thấy nhu cầu là rất cần thiết, cho nên em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu mô hình dạy học “Băng tải đếm phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7200 và điện khí nén” Đây cũng là vấn đề được nghiên cứu và giải quyết trong trong bản luận văn này11,13. 2 Mục đích nghiên cứu của đề tài: Mục đính chính của đề tài này là “Nghiên cứu mô hình dạy học “Băng tải đếm phân loại sản phẩm điều khiển bằng PLC S7200 và điện khí nén” để có thể sử dụng trong việc giảng dạy, học tập áp dụng cho các môn học điều khiển PLC, kỹ thuật cảm biến. Được áp dụng trong các trường đào tạo nghề nói riêng và các trường kỹ thuật nói chung10,13.. 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu vai trò và các chức năng của hệ thống dây chuyền đếm phấn loại sản phẩm.1,3. Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết các loại cảm biến, cách kết nối cảm biến với PLC10,13.. Thiết kế và chế tạo thử nghiệm các modul cơ bản nhất của một hệ thống phân loại sản phẩm: Trung tâm điều khiển, modul địa chỉ hoá cho các sensor, các modul vàora để điều khiển dây chuyền (Băng tải, Xylanh 1, Xylanh 2, Xylanh 3, Xylanh 4.. 1. Viết phần mềm để viết chương trình cho PLC Chạy thử và đánh giá kết quả 4 Phương pháp nghiên cứu Để giải quyết vấn đề nêu trên ta sử dụng phương pháp nghiên cứu, phân tích tổng quan hệ phân loại sản phẩm, các loại sản phẩm khác nhau; Từ đó lựa chọn giải pháp cảm biến cho hệ thống. Tìm hiểu sâu về chuyển động của dây chuyền; Từ đó đề xuất cấu hình hệ thống và tiến hành chế tạo thử nghiệm để khẳng định tính đúng đắn của kết quả nghiên cứu.11 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Nhằm nắm bắt và làm chủ các công nghệ tiên tiến cho phép chủ động, dễ dàng triển khai ứng dụng trong thực tế nhằm đem lại hiệu quả kinh tế, linh hoạt trong sản xuất, sửa chữa và bảo dưỡng hệ thống . Kết quả nghiên cứu này góp phần vào việc chế tạo các thiết bị tự động phân loại sản phẩm theo màu sắc, theo kích thức, theo chất liệu của từng sản phẩm như: Trong dây chuyền đóng két bia tại nhà máy bia hà Nội, Trong dây chuyền sản xuất xi măng, Trong dây chuyền sản xuất thuốc … Các thiết bị này sẽ dần thay thế các thiết bị ngoại nhập có tính năng tương đương, góp phần giảm giá thành sản phẩm, chủ động trong sản xuất9,10... Qua thời gian miệt mài nghiên cứu, xác định rõ yêu cầu của đề tài cũng như nhiệm vụ thực hiện, đến nay em đã xây dựng lên được mô hình có thể đáp ứng đúng với yêu cầu đề tài đặt ra. Nội dụng đề tài được trình bày cụ thể trong quyển thuyết minh: Tuy nhiên do điều kiện nghiên cứu, năng lực của bản thân còn hạn chế, rất mong được các thầy cô cùng bạn bè đồng nghiệp đóng góp những ý kến để hướng phát triển của đề tài được hoàn thiện hơn nữa:12 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 1.1 TÍNH THỜI SỰ CỦA ĐỀ TÀI Tự động ngày càng đóng vai trò quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Ngày nay ngành tự động đã phát triển tới trình độ cao nhờ những tiến bộ của lý thuyết điều khiển tự động, của những ngành khác như điện, điện tử, tin học. Nhiều hệ thống điều khiển đã ra đời, phát triển mạnh và có khả năng phục vụ rộng như hệ thống điều khiển điện – khí nén, bộ điều khiển PLC. 12.. Riêng nước ta tới đây hàng rào thuế quan khu vực được loại bỏ hoàn toàn, kinh tế mở cửa hợp tác với nước ngoài. Trước tình hình đó, nền công nghiệp sẽ gặp không ít khó khăn do còn nhiều dây chuyền có công nghệ lạc hậu. Để có chỗ đứng và thế mạnh trên thương trường, nhà nước đặc biệt chú trọng đến ứng dụng và phát triển tự động trong sản xuất, nhằm nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và hạ giá thành sản phẩm. Là một kỹ sư điện tự động hóa, công việc sẽ gắn liền với điều khiển tự động, vận hành hệ thống sản xuất. Bản thân em cũng đang giảng dạy các môn điều khiển tự động vì vậy em rất mong muốn là sẽ thiết kế được một dây chuyền sản xuất tự động với những khối kiến thức, kinh nghiệm đã được tích lũy được trong nhứng năm vừa qua. Nhờ đó giúp cho em có thêm những kinh nghiệm trong thực tế và hoàn thiện được khối kiến thức của mình tốt hơn. 12.. Công doạn đếm và phân loại sản phẩm là một khâu quan trọng trong dây chuyền sản xuất. Khâu đếm và phân loại sản phẩm giúp ta nhận biết được các loại sản phẩm theo một tiêu chí nhất định đã được cài đặt trong hệ thống phân loại sản phẩm và biết được cụ thể các thông tin về sản phẩm của dây chuyền, các thông tin liên tục được cập nhật làm cho tính chính xác mang lại hiệu quả kinh tế cao1. Quá trình vận chuyển, phân loại hay đếm sản phẩm con người có thể thực hiện được một cách dễ dàng tuy nhiên sẽ tốn đến nhân công cho công13 đoạn đó, hơn nữa chất lượng công việc còn phụ thuộc vào kiến thức, kinh nghiệm, kỹ năng cho nên khó có thể đảm bảo được chất lượng chính xác và ổn định lâu dài được. Một băng tải trong một dây chuyền của đơn vị sản xuất có thể vận chuyển sản phẩm trong quá trình sản xuất, có thể đếm, phân loại chính xác tuyệt đối sẽ có được chất lượng của sản phẩm đồng đều đảm bảo chính xác sẽ khắc phục được những yếu tố sai sót nếu sử dụng con người thực hiện trực tiếp theo cách thủ công, ngoài ra giúp cho doanh nghiệp giảm bớt chi phí sản xuất, đảm bảo chất lượng, tăng năng xuất giúp cho giá thành sản phẩm hạ khả năng cạnh tranh cao hơn1. Hiện nay nước ta đang thực hiện công cuộc đẩy mạnh “Công nghiệp hoá và Hiện đại hoá đất nước” trong đó giáo dục và đào tạo nguồn nhân lực lao động chất lượng cao được Đảng và nhà nước xác định là nhiệm vụ trọng tâm để nâng cao chất lượng nguộn nhân lực lao động, đáp ứng được nhu cầu phát triển của khoa học công nghệ và đáp ứng được nhu cầu sử dụng nguồn lao động chất lượng cao phù hợp với xã hội, đòi hỏi các cơ sở đào tạo phải đổi mới chương trình, phương pháp và đặc biết là thiết bị dạy học phảI đảm bào tính phù hợp với chương trình, đối tượng, nhu cầu xã hội. Để đầu tư các thiết bị dạy học hiện đại đáp ứng được nhu cầu trên thì các cơ sở đào tạo phải đầu tư nguồn kính phí tương đối lớn để mua sắm thiết bị phục vụ đào tạo, bên cạnh đó thiết bị điều khiển điện khí nén phục vụ đào tạo trong nước còn hạn chế 1,7,8,9,10...14 Một mô hình dây chuyền sản xuất thường có các khâu tuần tự như sau8: Hình 1.1: Mô hình điển hình cho dây chuyền sản xuất Với thời gian cũng như kinh nghiệm cò hạn chế nên trong đề tài em chỉ lựa chọn chế tạo một khâu Đếm – phân loại sản phẩm. Bên cạnh đó thì có nhiều hình thức phân loại sản phẩm ví dụ như:
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI -KS.ĐỒNG VĂN NGỌC BĂNG TẢI ĐẾM – PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG PLC S7 – 200 VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HẢI PHỊNG - 2009 BỘ GIAO THƠNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KS ĐỒNG VĂN NGỌC BĂNG TẢI ĐẾM – PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG PLC S7 – 200 VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số: Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU KIM THÀNH HẢI PHỊNG - 2009 BỘ GIAO THƠNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KS BÙI VĂN DÂN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DỊCH CHUYỂN VỊ TRÍ TRONG KHƠNG GIAN DÙNG ĐỘNG CƠ BƯỚC Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HOÁ Mã số: TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HẢI PHỊNG - 2007 Luận văn hồn thành Trường Đại học hàng hải Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU KIM THÀNH Phản biện 1: Phản biện 2: Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn cấp Trường, họp vào hồi .ngày .tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn thư viện: Trung tâm TTTL, Khoa ĐT SĐH Trường Đại học hàng hải Việt Nam LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nêu luận văn trung thực, chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hải phòng, ngày tháng năm 2009 Học viên thực ĐỒNG VĂN NGỌC LỜI CẢM ƠN Thời gian thực luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu mơ hình dạy học “Băng tải đếm - phân loại sản phẩm điều khiển PLC S7-200 điện khí nén” em nhận nhiều giúp đỡ thầy cô khoa sau đại học thầy cô khoa Điện trường Đại học Hàng Hải cung cấp cho em kiến thức cần thiết, tạo điều kiện thuận lợi, giúp em hoàn thành luận văn theo thời gian quy định Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Lưu Kim Thành người hướng dẫn tận tình giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu thực đề tài Qua em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy bạn đồng nghiệp, để giúp em có thêm hiểu biết hoàn thiện trình làm việc sau Em xin chân thành cảm ơn ! MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài: Mục đích nghiên cứu đề tài: 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 10 Phương pháp nghiên cứu 10 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 11 CHƯƠNG I : TỔNG QUAN 12 1.1 TÍNH THỜI SỰ CỦA ĐỀ TÀI 12 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HIỆN NAY LIÊN QUAN TỚI ĐỀ TÀI VÀ HƯỚNG TẬP TRUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 16 CHƯƠNG II : CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN HỆ HIỆU ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐẾM - PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 26 1.3 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN, CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN VÀ PHẦN TỬ CHẤP HÀNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN KHÍ NÉN 27 1.3.1.Hệ thống điều khiển Điện Khí nén [1,15] 27 1.3.2 Các phần tử điện[1,15]: 28 1.3.3 Các phần tử điều khiển: 37 1.3.4 Cơ cấu chấp hành 41 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ LỰA CHỌN HỆ HIỆU ĐIỀU KHIỂN DÂY CHUYỀN ĐẾM - PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 47 2.1 THIẾT KẾ LỰA CHỌN CẢM BIẾN 47 2.1.1 Khái quát chung cảm biến [15] 47 2.1.2 Lựa chọn cảm biến 51 2.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN ĐỘNG CƠ TRUYỂN ĐỘNG CHO DÂY CHUYỀN BĂNG TẢI 59 2.2.1 Động điện chiều 59 2.2.2 Động xoay chiều pha 59 2.2.3 Động xoay chiều pha có vành góp 60 - Hiệu suất làm việc khơng cao có tổn hao sắt tổn hao phụ 60 2.2.4 Động servo 60 2.2.5 Lựa chọn động cơ: 67 2.3 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÍ NÉN CHO HỆ THỐNG 68 2.3.1 Sơ đồ hành trình bước 68 2.3.2 Mạch điều khiển điện khí nén 69 2.4 HỆ ĐIỀU KHIỂN PLC TRONG KHÂU ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM [9,10,12,7] 70 2.4.1 Vai trò PLC khâu đếm phân loại sản phẩm 70 2.4.2 Biểu diễn tín hiệu số 70 2.4.3 Thiết bị điều khiển logic khả trình 71 2.4.4 Cấu trúc PLC 71 2.4.5 Bộ sử lý trung tâm 73 2.4.6 Phân loại PLC 75 2.4.7 Thiết bị điều khiển khả trình PLC S7-200 76 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC TẾ 87 3.1 CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG MƠ HÌNH 87 3.1.1 Bản vẽ phần khí 87 3.1.2 Sơ đồ khối nguyên lý chung điều khiển băng tải 88 3.1.3 Khối nguồn 89 3.1.4 Mạch động lực 91 3.1.5 Mạch điều khiển trung tâm 91 3.1.6 Mơ hình tổng thể 93 3.2 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU ĐIỀU KHIỂN 94 3.3 VIẾT CHƯƠNG TRÌNH (xem phần phụ lục 4.3) 95 3.4 PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 Kết luận 98 Kiến nghị 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC 101 4.1 Các sơ đổ mạch phần cứng 101 4.1.1 Sơ đồ mạch nguồn 101 4.1.2 Sơ đồ mạch công suất 101 4.2 Các hình ảnh thực tế 103 4.3 Chương trình điều khiển 104 DANH MỤC CÁC BẢNG – SƠ ĐỒ Bảng 1.1: Kí hiệu van 37 Sơ đồ1.1: Kí hiệu kiểu van 39 Sơ đồ 2.1 Mơ hình thiết bị cảm nhận 47 Sơ đồ 2.2: Hệ thống điều khiển tự động trình 48 Bảng 2.1: Địa PLC s7-200 82 Bảng 2.2: Vòng quét PLC 84 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình điển hình cho dây chuyền sản xuất 14 Hình 1.2: Dây chuyền tự động nhận dạng, phân loại gạch ốp lát Granite 16 (Ảnh: nhandan) 16 Hình 1.3: Các cơng nghệ then chốt đóng góp vào phát triển hệ thống 18 Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý - cấu trúc hệ thống phân loại gạo theo màu sắc 19 Hình 1.5: Yêu cầu phân loại theo màu sắc 20 Hình 1.6 - Sự sai khác so với (chỉnh ngang với hạt tốt) hạt lỗi tạp chất 21 Hình 1.7: Quan hệ hệ số phản xạ bước sóng gạo loại tạp chất 21 Hình 1.8 Mơ hình tương tác ánh sáng với bề mặt vật liệu 22 Hình 1.9 Lưu đồ thuật tốn xử lý nhận dạng 22 Hình 1.10 Lưu đồ thuật toán thu thập xử lý thời gian thực 23 Hình 1.11 Lưu đồ thuật tốn chu trình tổng qt 23 Hình 1.12: Hệ thống điều khiển khí nén 27 Hình 1.13: Trình tự khâu điều khiển 28 Hình 1.14 Cơng tắc 28 Hình 1.15- Nút ấn a.Nút ấn đóng _mở b.Nút ấn chuyển mạch 29 Hình 1.16 Kí hiệu rơle theo DIN 40713 30 Hình 1.17 Rơle thời gian tác động muộn 30 Hình 1.18 Cách nối cựcva tiếp điểm rơle thời gian tác động muộn 31 Hinh 1.21 Cơng tắc hành trình điện 32 Hình 1.22: Hai dạng kí hiệu cơng tắc hành trình điện 32 Hình 1.23: Cơng tắc hành trình nam châm 33 Hình 1.24 : Nguyên ký hoạt động cảm biến cảm ứng từ 34 Hình 1.25 : Cách lắp kí hiệu cảm biến cảm ứng từ 34 Hình 1.26: Nguyên lý hoạt động cảm biến điện dung 35 Hình 1.27: Kí hiệu cảm biến điện dung 35 Hình 1.28: Cảm biến quang 36 Hình 1.29:a.Cảm biến quang chiều, b.Cảm biến quang phản hồi 36 Hình 1.30: Kí hiệu cảm biến quang 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kết nghiên cứu chế tạo “Băng tải đếm - phân loại sản phẩm điều khiển PLC S7-200 điện khí nén đề xuất không thực đầy đủ chức hệ thống phân loại đếm sản phẩm giải trọn vẹn vấn đề đặt ra, cụ thể là: - Hệ thống phân loại loại sản phẩm có màu sắc khác - Hệ thống phân loại đếm số sàn phẩm dây chuyền theo lạo sản phẩm khác Kết nghiên cứu góp phần vào việc chế tạo thiết bị tự động máy cắt, máy khoan, máy phay chạy theo nguyên lý CNC Việt Nam Kiến nghị Để đề tài có tính ứng dụng cao sản phẩm thực đem lại giá trị sử dụng cần phải thực công việc sau: - Đầu tư thêm thời gian kinh phí để hồn thiện chương trình điều khiển cho modul giám sát SCANDA truyền thông công nghiệp - thay đổi động DC động bước Servo để băng tải dừng vị trí, cải tiến modul để chúng đáp ứng mặt hình thức, kiểu dáng cơng nghiệp Hoạt động ổn định tin cậy môi trường công nghiệp Hướng phát triển đề tài: Để có thời gian điều kiện nghiên cứu em muốn ứng dụng để thực thi cho hệ thống phân loại nhiều chất liệu khác nhau, có manh hình giám sát hệ thống kết nối truyền thơng qua mạnh 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Ngọc Phương- Hệ thống điều khiển khí nén, tác giả, Nhà xuất giáo dục [2] Trần Khánh Hà - Phan Tử Thụ- Nguyễn Văn Sáu - Máy điện I, II , nhóm tác giả: Vũ Gia Hành(chủ biên), Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Bùi Quốc Khánh – Nguyễn Văn Liễn – Nguyễn Thị Hiền - Truyền động điện nhóm tác giả, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [4] Phạm Thanh Tùng -Tổng quan PLC S7-300 – Bài giảng PLC - Giảng viên trường ĐHSP kỹ thuật Hưng Yên [5] Vụ trung học chuyên nghiệp- dạy nghề - Giáo trình kỹ thuật điều khiển động điện, Nhà xuất giáo dục [6] Nguyễn Tấn Phước - Kỹ thuật xung nâng cao, tác giả - Nhà xuất TP Hồ Chí Minh [7] Lê Văn Doanh- Nguyễn Thế công - Điện tử công suất lý thuyết- thiết kế ứng dụng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [8] Nguyễn Thế Kiệt - Bài giảng PLC - CĐKN- 1995 [9] Lê Hoài Quốc - Bộ điều khiển lập trình – vận hành ứng dụng - KHKT – 1999 [10] Nguyễn Doãn Phước, Phan xuân Minh- Tự động hố với Simatic S7200- NXB Nơng nghiệp –1997 [11] Nguyễn Dỗn Phước, Phan xn Minh- Simatic S7-300- NXB Nơng nghiệp –1999 [12] Siemens – Simatic S7-200 Manual- siemens-1999 99 [13] PTS Lê Hồi Quốc- Bộ điều khiển lập trình vận hành ứng dụng-Nhà xuất Khoa học kỹ thuật-1999 [14] Mitsubishi - Các điều khiển lập trình họ FX [15] Lê Văn Doanh – Các cảm biến KTĐL ĐK –NXBKHKT [16] TS Bùi Quý Lực, Hệ thống điều khiển số công nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2004 100 PHỤ LỤC 4.1 Các sơ đổ mạch phần cứng 4.1.1 Sơ đồ mạch nguồn Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn Hình 4.2: Sơ đồ board mạch nguồn 4.1.2 Sơ đồ mạch cơng suất 101 Hình 4.3: Sơ đồ ngun lý mạch cơng suất 102 Hình 4.4: Sơ đồ board mạch cơng suất 4.2 Các hình ảnh thực tế 103 Hình 4.5: Hình ảnh mơ hình thực tế 4.3 Chương trình điều khiển + Bảng thiết lập định địa chỉ I/Q 104 + Chương trình viết tren PLC 105 106 107 108 109 110 111 112 ...BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI - BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KS ĐỒNG VĂN NGỌC BĂNG TẢI ĐẾM – PHÂN LOẠI SẢN PHẨM BẰNG PLC S7 – 200 VÀ ĐIỆN KHÍ NÉN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT... làm sản phẩm + Phân loại theo chất lượng + Phân loại theo hình dạng sản phẩm Với phân tích em lựa chọn đề tài “Nghiên cứu mơ hình dạy học ? ?Băng tải đếm - phân loại sản phẩm điều khiển PLC S7- 200. .. Đếm – phân loại sản phẩm Bên cạnh có nhiều hình thức phân loại sản phẩm ví dụ như: + Phân loại theo kích thước + Phân loại theo khối lượng hay trọng lượng + Phân loại theo màu sắc + Phân loại