Nghiên cứu hệ thống điều khiển hàn tự động theo vị trí sử dụng PLC s7 300

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN HÀNTỰ ĐỘNG THEO VỊ TRÍ SỬ DỤNG PLC S7-300 Giảng viên hướng dẫn : ThS Trần Kim Khuê Sinh viên thực : Nguyễn Văn Anh Mã sinh viên : 1451082565 Lớp : 59 - CĐT Khóa học : 2014 - 2018 Hà Nội - 2018 [Pick the date] GVHD: ThS Trần Kim Khuê LỜI NÓI ĐẦU Ngày công nghệ phát triểnhàn phương pháp lắp ghép khơng thể thiếu, có phạm vi ứng dụng hầu hết ngành công nghiệp, từ khí, lượng, dầu mỏ, giao thơng vận tải, xây dựng, hàng khơng, hóa chất Do tính phổ quát tầm quan trọng kinh tế, hàn phát triển nhanh, từ kỹ thuật, công nghệ, đến trang thiết bị nhằm đáp ứng yêu cầu suất, chất lượng ngày cao thực tiễn Hàn cơng nghệ phức tạp địi hỏi kiến thức lý thuyết vềvật lý, hóa học, khí, luyện kim, điện, điện tử, tự động hóa…nhưng yêu cầu tính sáng tạo kỹ năng, kỹ xảo Xuất nhiều thiết bị hàn đại, hàn công nghệ cao, ROBOT hàn…làm suất hàn tăng lên gấp nhiều lần,song bên cạnh việc tính tốn chế độ hàn cũng gặp nhiều bất cập phải tính tốn chế độ hàn theo kinh nghiệm Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó, với kiến thức học trường sinh viên ngành điện tử, thông qua việc thiết kế đồ án giúp bước đầu có kinh nghiệm lập trình PLC S7-300 Chính vậy, tơi chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống điều khiển hàntự động theo vị trí sử dụng PLC S7-300” làm đề tài tốt nghiệp Bố cục khóa luận gồm 03 chương: Chương 1: Tổng quan hàn tự động Chương 2: Xây dựng hệ thống hàn tự độngsử dụng PLC S7 300 Chương 3: Viết chương trình điều khiển mơ PLC S7 300 Do thời gian làm khóa luận ngắn kinh nghiệm thân cịn hạn chế, nên đề tài khơng tránh khỏi khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đóng góp quý báu thầy, cô bạn bè để đề tài hoàn thiện Hà Nội,ngày 10 tháng 05năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Văn Anh [Pick the date] GVHD: ThS Trần Kim Khuê NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn) GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (chữ ký, họ tên) [Pick the date] GVHD: ThS Trần Kim Khuê NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN (Chữ ký, họ tên) [Pick the date] GVHD: ThS Trần Kim Khuê MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước liên quan đến đề tài khóa luận Tình hình nghiên cứu nước liên quan đến đề tài khóa luận Mục tiêu đề tài, nhiệm vụ Nội dung nghiên cứu .1 Đối tượng nghiên cứu .1 Phương pháp nghiên cứu PHẦN 2: NỘI DUNG KHÓA LUẬN Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HÀN TỰ ĐỘNG 1.1 Tổng quan hệ thống hàn 1.2 Lựa chọn công nghệ hàn .2 1.2.1.HànMIG/MAG 1.2.2 Vật liệu hàn dùng MIG –MAG 1.2.3 Hàn TIC 10 1.2.4 Công nghệ hàn plasma 11 1.3 Các phương pháp điều khiển hàn tự động 13 1.3.1 Hàn hồ quang tự động lớp thuốc bảo vệ: phương pháp hàn sử dụng lớp thuốc để bảo vệ mối hàn 14 1.3.2 Hàn hồ quang mơi trường khí bảo vệ 15 1.4.Điều khiển hàn tự động PLC 16 1.4.1.Giới thiệu PLC (Programmable Logic Control) (Bộ điều khiển logic khảtrình) : 16 1.4.2 Cấu trúc phần cứng PLC họ S7 .19 Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG HÀN TỰ ĐỘNG SỬ DỤNGPLC S7 300 .24 2.1 Xây dựng mơ hình điều khiển hàn tự động 24 2.1.1 Một số yêu cầu hàn điểm 25 GVHD: ThS Trần Kim Khuê [Pick the date] 2.2 Lựa chọn máy hàn 27 2.2.1 Cấu tạo máy hàn điểm 27 2.3 Tính chọn thiết bị mơ hình điều khiển 30 2.3.1 Các thiết bị dùng mơ hình 30 Chương 3: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MƠ PHỎNG TRÊNS7 300 .32 3.1 Xây dựng toán điều khiển 32 3.1.1 Gán địa đầu vào, .32 3.1.2 Sơ đồ đấu PLC: .33 3.2 Mô hoạt động mơ hình .34 3.3 Thiết kế chương trình mơ S7 300 36 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Địa đầu vào 32 Bảng 3.2: Địa đầu 32 DANH MỤCCÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hàn MIG/MAG Hình 1.2: Trạm hàn MIG/MAG Hình 1.3:Thiết bị hàn GMAW Hình 1.4:Trạm hàn GMAW tự động Hình 1.5:Ống dẫn, súng, van Hình 1.6:Đặc tính V-A thiết bị CC CV Hình 1.7: Đường kính dây hàn Hình 1.8: Sơ đồ nguyên lý hàn TIG 10 Hình 1.9:Đặc tính V-A hàn plasma 12 Hình 1.10:Hồ quang hàn TIG 12 Hình 1.11:Hồ quang hàn plasma 13 Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý hàn hồ quang tự động lớp thuốc bảo vệ 14 Hình 1.13: Thiết bị hàn hồ quang tự động lớp thuốc bảo vệ 14 Hình 1.14: Các thơng số đặc trưng mối hàn 15 Hình 1.15: Sơ đồ nguyên lý hàn tự động mơi trường khí bảo vệ 15 Hình 1.16: Sơ đồ hàn tự động mơi trường khí bảo vệ 16 Hình 1.17:Chương trình điều khiển lưu nhớ PLC 17 Hình 1.18: Hệ thống điều khiển dùng PLC 18 Hình 1.19: Các module S7 200 19 Hình 1.20: Các module mở rộng 21 Hình 2.21:Cấu trúc phần cứng PLC S7 300 21 Hình 1.22:Mơ dùng Simulink 22 Hình 1.23 Khai biến sử dụng 22 Hình 1.24: Mở khối OB1 viết chương trình điều khiển động 23 Hình 1.25: Chọn run mô 23 Hình 1.26: Tải mơ chương trình 23 Hình 2.1:Mối hàn phương pháp hàn điểm 25 Hình 2.2: Cấu tạo máy hàn điểm 28 Hình 2.3: Phương pháp hàn điểm 29 Hình 2.4:Máy biến áp 30 Hình 2.5:Nguồn ni 30 Hình 2.6:Tụ lọc chỉnh lưu cầu 30 Hình 2.7:Đèn báo 31 Hình 2.8:Động chiều 31 Hình 3.1:Cách đấu đầu vào PLC 33 Hình 3.2:Cách đấu đầu PLC 33 Hình 3.3: Mạch điều khiển 33 Hình 3.4: Lưu đồ thuật toán 35 PHẦN 1:TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Tình hình nghiên cứu ngồi nước liên quan đến đề tài khóa luận Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật tin học ứng dụng thúc đẩy phát triển ngành tự động hóa lên tầm cao Trong nhà máy, xí nghiệp yêu cầu chất lượng sản phẩm ngày cao, yêu cầu số lượng sản phẩm ngày lớn, nên địi hỏi doanh nghiệp nước ngồi đầu tư phát triển công nghệ điều khiển tự động để nâng cao chất lượng sản xuất Tình hình nghiên cứu nước liên quan đến đề tài khóa luận Những nhà nghiên cứu nước khơng dừng lại đó, nhiều thiết bị, phần mềm đời chuyên phục vụ cho ngành cơng nghiệp, tính ưu biệt ln nâng cao Một thiết bị phải kể đến PLC từ phát triển ứng dụng robot hàn tự động cơng nghiệp lập trình điều khiển để đưa đất nước phát triển theo công nghiệp 4.0 thúc đẩy phát triển ứng dụng khoa học công nghệ Mục tiêu đề tài, nhiệm vụ Xây dựng chương trình điều khiển hàn tự động theo vị trí sử dụng PLC S7 300 Nội dung nghiên cứu - Tổng quan công nghệ hàn tự động - PLC S7-300 - Phần mềm S7- Manager Đối tượng nghiên cứu - Máy hàn điểm tự động - Cách lập trình PLC S7 300 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết hàn tự động - Cách lập trình điều khiển ứng dụng PLC công nghệ điều khiển hàn tự động Nhược điểm: - Giá thành đầu tư cho thiết bị hàn điểm đồ gá lắp kèm lớn - Nhân viên sửa chữa bảo dưỡng thiết bị hàn điều khiển u cầu phải có trìnhđộ - Đối với số vật liệu có u cầu đặc biệt chuẩn bị bề mặt vật hàn - Không hàn chi tiết có chiều dàylớn - Kết cấu máy lớn, cồngkềnh Hàn điểm sử dụng rộng rãi việc nối thép có chiều dày lên tới 0.125 (inch) sử dụng cho nhiều loại vật liệu, kể kết hợp nhiều vật liệu khác Hàn điểm có nhiều loại, thơng dụng phương pháp hàn điểm 2phía Hình 2.3: Phương pháp hàn điểm Ứng dụng: Máy hàn điểm loại máy quan trọng công nghiệp, sử dụng rộng rãi nhiều ngành nghề lĩnh vực sống - Liên kết cố định vật liệu kim loại lại với vị trí phức tạp mà công nghệ hàn khác không giải quyếtđược - Cho mối hàn đồng độ chuẩn xáccao - Sản xuất, sửa chữa ô tô: Thân, vỏ xe bị lõm hay biến dạng tai nạn cần phục hồi lại hàn điểm khung xe ôtô để tăng độ chắcchắn - Các cơng trình cơng cộng: hàn bu lơng hay đinh vít, tánrivet… - Các sản phẩm kết cấu cao như: thép không gỉ số kim loại mầu 29 2.3 Tính chọn thiết bị mơ hình điều khiển Ở đề tài sâu vào điều khiển vị trí - hành trình PLC, tay nghề khí cịn chưa thành thạo nên phần mơ hình em xin làm điều chỉnh vị trí, hành trình cấu hàn quỹ đạothẳng Yêu cầu mô hình điều khiển động chiều làm di chuyển cấu hàn dừng xác vị trí hàn với thời gian đặt trước 2.3.1 Các thiết bị dùng mơ hình: a) Máy biến áp: Hình 2.4:Máy biến áp Biến áp hạ áp đầu vào 220V-110V hạ áp xuống 6V-9V-12V-18V24V xoay chiều b) Cầu chỉnh lưu: Bao gồm: cầu chỉnh lưu cái, tụ 2200µ/24V mắc hình 2.5 Hình 2.5:Nguồn ni Hình 2.6:Tụ lọc chỉnh lưu cầu 30 c) Đèn báo: Đèn báo số lượng bao gồm: - Đèn vàng báo có điện - Đèn đỏ báo dừng - Đèn xanh báo chạy thuận - Đèntrắngbáochạyngược Hình 2.7:Đèn báo d)Động chiều 24V có giảmtốc: Hình 2.8:Động chiều 31 Chương 3: VIẾT CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN MƠ PHỎNG TRÊN S7 300 3.1 Xây dựng toán điều khiển 3.1.1 Gán địa đầu vào, Địa đầu vào: Bảng 3.1: Địa đầu vào Địa Chức I0.0 ấn nút Start I0.1 ấn nút Stop I0.2 Cơng tắc hành trình vị trí I0.3 Cơng tắc hành trình vị trí I0.4 Cơng tắc hành trình vị trí I0.5 Cơng tắc hành trình vị trí Địa đầu ra: Bảng 3.2: Địa đầu Địa Chức Q0.0 Chạy thuận Q0.1 Chạy ngược Q0.3 Đèn báo chạy thuận Q0.4 Đèn báo chạy ngược Q0.5 Đèn báo dừng 32 3.1.2 Sơ đồ đấu PLC: Đầu vào: Hình 3.1:Cách đấu đầu vào PLC Đầu ra: Hình 3.2:Cách đấu đầu PLC 3.1.3 Điều khiển hệ thống rơle: Hình 3.3: Mạch điều khiển 33 3.2 Mơ hoạt động mơ hình Ban đầu cấu tì vào cơng tắc hành trình I0.2, nhấn nút start I0.0, cấu bắt đầu di chuyển thuận đồng thời đèn báo di chuyển thuận Q0.3 sáng Khi cấu chạm vào cơng tắc hành trình vị trí I0.3, cấu dừng lại, Q0.3 tắt, đèn báo dừng Q0.5 sáng, đồng thời PLC bắt đầu đếm, sau 3s cấu lại di chuyển thuận, đèn Q0.5 tắt Q0.3 sáng Khi cấu chạm vào cơng tắc hành trình vị trí I0.4, cấu dừng lại, Q0.3 tắt, đèn báo dừng Q0.5 sáng, đồng thời PLC bắt đầu đếm, sau 3s cấu lại di chuyển thuận, đèn Q0.5 tắt Q0.3 sáng Và tiếp tục, cấu tới I0.5, cấu dừng đèn báo sang theo thứ tự, sau 3s cấu di chuyển ngược trở lại đèn báo chạy ngược Q0.4sáng Trong trình chạy ngược cấu dừng chạm vào cơng tắc hành trình vị trí cũ chạm vào I0.2, lại lặp lại chu trình ban đầu Để đảm bảo cho q trình hoạt động rơle khơng đồng thời hoạt động lúc, ta dùng tiếp điểm thường đóng Q0.0 Q0.1 cá vị trí phần lập trình Nhấn stop I0.1, cấu di chuyển hết chu trình dừng hoạt động Để dừng cố, ta nhấn nút reset I0.2, cấu dừng hồn tồn 34 Hình 3.4: Lưu đồ thuật tốn 35 3.3 Thiết kế chương trình mô S7 300 B1: Chọn OB1 B2: Điều khiển cơng tắc vị trí 36 37 38 39 40 41 KẾT LUẬN Thơng qua q trình thực đề tài khóa luận “Nghiên cứu hệ thống điều khiển hàn tự động theo vị trí sử dụng PLC S7 300” thực mục tiêu đề ra: - Nghiên cứu, xây dựng mơ hình điều khiển hàn tự động sử dụng PLC S7 300 - Tính chọn thiết bị cần sử dụng mô hình Một số hạn chế, tồn trình nghiên cứu: - Do thời gian kiến thức có hạn, nên kết đạt chưa tối ưu - Về mặt lập trình điều khiển: Do thời gian, kiến thức có hạn nên chương trình chưa đạt kết mong muốn Ngồi cịn số nguyên nhân khách quan khác Hướng phát triển: - Nghiên cứu phát triển máy hàn điểm tự động sử dụng phong phú công nghiệp nâng cao xuất - Áp dụng PLC vào điều khiển lập trình hàn điểm tự động cho loại máy hàn đa - Từ việc nghiên cứu máy hàn điểm áp dụng chế tạo robot hàn tự động lập trình điều khiển PLC tương lai Nếu có điều kiện tiếp tục nghiên cứu, xây dựng máy hàn điểm tự động robot hàn để phát triển mạnh mẽ công nghệ hàn tự động 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hà Văn Trí, Giáo trình PLC, NXB Khoa học kĩthuật [2] Lê Thành Bắc(2000),Giáo trình thiết bị điện, NXB Khoa học kĩthuật [3] PGS.TSKH Thân Ngọc Hoàn(2005),Máy điện, NXB Xâydựng [4] https://123doc.org/ 1218086-cau-truc-phan-cung-phan-mem-lap-trinh-plc-s7300-docx.htm [5] http://mayhancaocap.com/may-han/61-may-han-diem.html [6] http://suamayhan.com/sua-may-han/cau-tao-may-han-diem ... trình điều khiển hàn tự động theo vị trí sử dụng PLC S7 300 Nội dung nghiên cứu - Tổng quan công nghệ hàn tự động - PLC S7- 300 - Phần mềm S7- Manager Đối tượng nghiên cứu - Máy hàn điểm tự động. .. chuyêndụng Hình 1.18: Hệ thống điều khiển dùng PLC Ưu nhược điểm sử dụng hệ thống dùng PLC: Ưu điểm hệ thống điều khiển PLC: Sự đời hệ thống điều khiển PLC làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển. .. ? ?Nghiên cứu hệ thống điều khiển hàntự động theo vị trí sử dụng PLC S7- 300? ?? làm đề tài tốt nghiệp Bố cục khóa luận gồm 03 chương: Chương 1: Tổng quan hàn tự động Chương 2: Xây dựng hệ thống hàn