Nghiên cứu thiết kế điều khiển tự động máy ép lề dạng đứng

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế điều khiển tự động máy ép lề dạng đứng Giảng viên hƣớng dẫn : Ths.Trần Kim Khuê Sinh viên thực : Trƣơng Văn Toàn Mã sinh viên : 1351083348 Lớp : K58CĐT Khóa : 2013_2017 Hà Nội-Năm 2017 LỜI NĨI ĐẦU Trong cơng nghiệp hóa, đại hóa nay, đất nước ln lên không ngừng phát triển mặt, hướng tới nước công nghiệp khu vực giới Do việc ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất vấn đề cấp thiết đưa lên hàng đầu Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật công nghiệp nhằm nâng cao suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Bên cạnh cơng đại hố, cơng nghiệp hố, đất nước ta mở cửa cho nhà đầu tư vào hoạt động Các hệ thống tự động hố cơng nghiệp điều khiển khí nén dần xuất nhiều Tự động hoá công nghiệp cho nhiều sản phẩm đồng thời địi hỏi hoạt động phải đạt độ xác cao, an tồn v.v… Và với đam mê cơng nghiệp , em lựa chọn đề tài : “Nghiên cứu, thiết kế điều khiển tự động máy ép lề dạng đứng” Bố cục đề tài gồm có chương: Chƣơng 1: Mở đầu Chƣơng 2: Phƣơng pháp lập trình PLC Chƣơng 3: Lập trình điều khiển tự động máy ép lề dạng đứng Trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp quan tâm Thầy, Cô khoa, đặc biệt giáo viên hướng dẫn ThS Trần Kim Khuê giúp đỡ em tận tình trình tìm hiểu làm đề tài Để khóa luận em hoàn thành thời gian Tuy nhiên thực đề tài thời gian, nguồn tài liệu trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót Kính mong nhận dẫn góp ý thầy cô bạn Em xin trân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày… tháng… năm 2017 Sinh viên thực Trương Văn Tồn MỤC LỤC LỜI NĨI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu .1 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.1.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Nội dung đề tài C Ư H Ơ G N :Ớ IT H U Ệ M Á É Y À V Ề L P Ư Ơ G N P H Á L Ậ R T ÌC 2.1 Giới thiệu máy ép lề 2.2 Giới thiệu chung PLC 2.3 Lý chọn PLC S7-300 đề tài 2.4 Phƣơng pháp lập trình điểu khiển tự động 2.4.1 PLC S7-300 2.4.2 Lựa chọn linh kiện 14 C H Ư Ơ G N Ậ :L P R T ÌH ĐIỀ U K H N Ể Ự TĐỘ N G M Á É Y L P D Ề N Ạ G ĐỨ N G 3.1 Lƣu đồ thuật toán 24 3.2 Thiết kế chƣơng trình điều khiển 26 3.3 Mô chƣơng trình điều khiển S7-300 .30 KẾT LUẬN .35 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật xy lanh 14 Bảng 2.2: Danh mục chi tiết xy lanh 15 Bảng 2.3: Bảng dẫn phạm vi làm việc .16 Bảng 2.4: Thông số kỹ thuật cảm biến quang 17 Bảng 2.5: Thống số kỹ thuật PLC S7-300 .19 Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật van điện từ 5/2 hai cuộn dây .20 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Dạng máy ép lề đứng Hình 2.2: PLC S7-300 Hình 2.3 Cửa sổ giao diện khởi động .10 Hình 2.4: Giao diện làm việc 10 Hình 2.5: Cấu trúc PLC 11 Hình 2.6: Vịng Qt 12 Hình 2.7: xy lanh đẩy .14 Hình 2.8: Cấu tạo xy lanh 14 Hình 2.9: Cảm biến điện tử 15 Hình 2.10: Bản vẽ cảm biến .16 Hình 2.11: Cảm biến quang .17 Hình 2.12: Bộ nguồn 24V 18 Hình 2.13: PLC S7-300 18 Hình 2.14: Bộ Lọc khí 19 Hình 2.15: Van Phân Phối khí nén 5/2 20 Hình 2.16: Cấu tạo van điện từ5/2 hai cuộn dây 21 Hình 2.17: Van tiết lưu 21 Hình 2.18: Rơ le trung gian 22 Hình 2.19: nút nhấn 23 Hình 2.20: Cấu tạo ký hiệu 23 Hình 1: Lưu đồ thuật tốn 24 Hình 3.2: Bảng khai báo Symbol .26 Hình 3.3 :Sơ đồ kết nối ngõ vào PLC S7-300 .26 Hình 3.4: Network 1-Chương trình điều khiển xy lanh ép làm việc .27 Hình 3.5: Network -Chương trình điều khiển xy lanh ép 27 Hình 6: Network -Chương trình điều khiển cửa mở ép xong 28 Hình 7: Network - Chương trình thời gian 28 Hình 8: Network - Chương trình điều khiển đẩy giấy 29 Hình 9: Network - Chương trình điều khiển xy lanh đẩy giấy 29 Hình 10: Network - Chương trình điều khiển đóng cửa giấy đưa 30 Hình 11: Mơ Phỏng chương trình điều khiển xy lanh ép phế liệu 30 Hình 12: Mơ Phỏng chương trình điều khiển xy lanh .31 Hình 3.13: Mơ Phỏng chương trình mở cửa trình ép kết thúc 31 Hình 3.14: Mơ Phỏng chương trình thời gian để buộc dây .32 Hình 15: Mơ Phỏng chương trình điều khiển đẩy giấy .32 Hình 16: Mơ Phỏng chương trình điều khiển xy lanh đẩy giấy 33 Hình 17: Mơ Phỏng chương trình điều khiển đóng cửa 33 Hình 18: Kết thúc chương trình điều khiển tự động 34 CHƢƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Tình hình nghiên cứu giới Tự động hóa ( điều khiển tự động), việc sử dụng nhiều hệ thống điều khiển cho thiết bị hoạt động máy móc, xử lý nhà máy, nồi hơi, lò xử lý nhiệt, chuyển mạch mạng điện thoại, đạo ổn định tàu, máy bay ứng dụng khác với người can thiệp tối thiểu giảm Một số quy trình hồn tồn tự động Lợi ích lớn tự động hóa tiết kiệm lao động, nhiên, sử dụng để tiết kiệm lượng nguyên vật liệu nâng cao chất lượng với độ xác cao Thuật ngữ "tự động hóa", lấy cảm hứng từ máy tự động, chưa sử dụng rộng rãi trước năm 1947, Ford thành lập phận tự động hóa Trong thời gian ngành cơng nghiệp áp dụng nhanh chóng điều khiển phản hồi, mà giới thiệu năm 1930 Tự động hóa thực phương tiện khác bao gồm khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử máy tính, thường kết hợp Các hệ thống phức tạp, chẳng hạn nhà máy đại, máy bay tàu thường sử dụng tất kỹ thuật kết hợp Kỹ sư có điều khiển số thiết bị tự động Kết phạm vi mở rộng nhanh chóng ứng dụng hoạt động người cơng nghệ Máy tính hỗ trợ (hoặc CAx) sở cho cơng cụ tốn học tổ chức sử dụng để tạo hệ thống phức tạp Ví dụ đáng ý CAx bao gồm máy vi tính hỗ trợ thiết kế (phần mềm CAD) CAM (CAM phần mềm) Các thiết kế cải tiến, phân tích, sản xuất sản phẩm kích hoạt CAx mang lại lợi ích cho ngành cơng nghiệp 1.1.2 Tình hình nghiên cứu Việt Nam Cùng với phát triển hội nhập giới Việt Nam ta có nhiều nhà phát minh ứng dụng tự động hóa vào thiết bị, máy móc nhà máy mà sống hàng ngày để sống người có tiện nghi thoải mái nâng cao xuất làm việc giảm sức lao động, thay người làm công việc nặng nhọc nguy hiểm 1.2 Lý chọn đề tài Trong cơng nghiệp hóa, đại hóa nay, đất nước ln lên không ngừng phát triển mặt hướng tới nước công nghiệp khu vực giới Do việc ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật vào sản xuất vấn đề cấp thiết đưa lên hàng đầu Mục tiêu ứng dụng kỹ thuật công nghiệp nhằm nâng cao suất dây chuyền công nghệ, nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm, đồng thời cải thiện điều kiện lao động Bên cạnh cơng đại hố, cơng nghiệp hố, đất nước ta mở cửa cho nhà đầu tư vào hoạt động Các hệ thống tự động hố cơng nghiệp điều khiển khí nén dần xuất nhiều Tự động hoá công nghiệp cho nhiều sản phẩm đồng thời địi hỏi hoạt động phải đạt độ xác cao, an tồn.v.v Xu hướng đưa máy móc vào sản xuất, Nâng cao xuất, chất lượng sản phẩm, giảm bớt sức lao động giảm thiểu sai sót sản xuất cơng nghiệp Đặc biệt bên cạnh việc mà người khơng thể làm được, vị trí, mơi trường độc hại mà người vào làm việc nguy hiểm đến tính mạng sức khỏe người Vì lý mà cần thiết phải đưa máy móc thiết bị vào sản xuất nói chung ngành khai thác, nghiên cứu v.v Với khoa học công nghệ giới ngày phát triển, nhu cầu sản xuất hàng hóa cơng nghiệp Năng suất sản xuất công nghiệp phải đảm bảo cho nhà máy đạt hiệu cao đồng thời phải kịp thời với tiến độ xuất sưởng Sự kết hợp ngành điện - điện tử ngành khí bước tiến quan trọng phát triển tự động hố cơng nghiệp Chính cải tiến máy móc hệ cũ, cấu vận hành cồng kềnh, tiêu hao sức lao động, đạt hiệu thấp sản xuất vấn đề cần thiết Từ lý với đam mê cơng nghiệp, em lựa chọn đề tài : “Nghiên cứu, thiết kế điều khiển tự động máy ép lề dạng đứng” 1.3 Mục tiêu nghiên cứu - Hiểu cấu trúc, nguyên tắc hoạt động máy ép lề - Sử dụng tập lệnh, ngơn ngữ lập trình PLC S7-300 - Thiết kế hệ thống điều khiển tự đông cho máy ép lề 1.4 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu cấu trúc hệ thống ép lề - Nghiên cứu phương pháp lập trình cho hệ thống ép lề - Làm tài liệu viết chương trình điều khiển cho máy ép lề 1.5 Nội dung đề tài Để thực mục tiêu nêu đề tài phải giải nội dung sau: - Tìm hiểu máy ép lề dạng đứng, cấu trúc nguyên lý hoạt động - Sử dụng phần mềm lấp trình điều khiển PLC S7-300 để thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy ép lề dạng đứng - Chạy chương trình điều khiển phần mềm mô CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU MÁY ÉP LỀ VÀ PHƢƠNG PHÁP LẬP TRÌNH PLC 2.1 Giới thiệu máy ép lề Hình 2.1 Dạng máy ép lề đứng Máy ép lề : hệ thống máy móc phục vụ sản xuất, nhằm nâng cao hiệu làm việc, thay sức lao động, làm đc việc mà người làm được, mang tính an tồn cao Máy ép lề làm việc dựa lực ép xy lanh ép tạo nhờ hệ thống thủy lực, khí nén Kết cấu máy gồm: + Khung máy (kết cấu khí máy ) + Hệ thống thủy lực, khí nén + Hệ thống điều khiển Nghiên cứu quy trình kỹ thuật hệ thống trang bị đào tạo mô ứng dụng thường dùng môi trường cơng nghiệp sử dụng cơng nghệ điện khí nén Ngồi cịn kết hợp hệ thống xử lý cố cho phép tạo đến 16 cố khác để người sử dụng nhận biết Hệ thống cuối cịn cho phép trì hoạt động qua modem công nghệ khác WI-FI… Hình 2.16: Cấu tạo van điện từ5/2 hai cuộn dây - Van tiết lƣu Van tiết lưu có nhiệm vụ điều chỉnh lưu lượng dòng chảy, tức điều chỉnh vận tốc hay thời gian chạy cấu chấp hành Ngồi cịn sử dụng để điều chỉnh thời gian chuyển đổi vị trí van đảo chiều + Van tiết lưu có tiết diện thay đổi: Van tiết lưu có tiết diện thay đổi điều chỉnh lưu lượng dòng chảy qua van Loại van tiết lưu hai chiều, tiết diện thay đổi cách chỉnh vít Thơng thường van tiết lưu đường lắp đường ra, vào cấu chấp hành Hình 2.17: Van tiết lƣu 21 - Rơ le trung gian Hình 2.18: Rơ le trung gian + Cấu tạo Rơ le trung gian loại khí cụ điện dùng lĩnh vực điều khiển tự động, cấu điện từ Rơ le trung gian đóng vai trị điều khiển trung gian thiết bị điều khiển (contactor, Rơ le thời gian … ) 1.Nam châm điện 2.Nắp 3.Lò xo hệ thống 4.Tiếp điểm (gồm tiếp điểm thường mở tiếp điểm thường đóng) + Nguyên lý hoạt động Khi cuộn dây cấp điện áp, lực điện từ cuộn dây xuất lực thắng lực lò xo kéo nắp phía lõi thép mạch từ, nên tiếp điểm thường đóng mở cịn tiếp điểm thường mở đóng lại Các gắn tiếp điểm động làm thép lị xo đồng lị xo mục đích tiếp điểm tiếp xúc với tốt + Ta chọn loại rơle điện từ có : Ký hiệu: ICE 255 Hãng sản xuất: OMRON + Thông số kỹ thuật: Nguồn cung cấp: DC 24V 22 Có chân (2 cặp tiếp điểm) Có đế cắm trịn PF083 Kích thước 36x28x21,5 mm (khơng tính đế cắm) - Nút nhấn Sử dụng nút nhấn thường mở loại R16 - 503 với màu khác để phân biệt START (màu xanh) với STOP (màu đỏ) Hình 2.19: nút nhấn Cấu tạo: 1- Nút bấm 2- Tiếp điểm động 3,4- Tiếp điểm tĩnh Hình 2.20: Cấu tạo ký hiệu Thông số kỹ thuật Màu sắc: nút START xanh + đen, nút STOP đỏ + đen Điện áp: 220V Điện trở cách điện: > 100M ohms Cường độ cách điện: >1500 VAC/ phút 23 CHƢƠNG 3: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG MÁY ÉP LỀ DẠNG ĐỨNG 3.1 Lƣu đồ thuật toán a Lưu đồ thuật toán: điều khiển tự động máy ép lề dạng đứng Hình 1: Lƣu đồ thuật tốn 24 - Giải thích: Xy lanh 1: xy lanh ép Xy lanh 2: xy lanh mở cửa để đưa giấy Xy lanh 3: xy lanh đẩy giấy Cb1 : cảm biến phát xy lanh hết Cb2: cảm biến phát xy lanh hết Cb3: cảm biến phát xy lanh hết Cb4: cảm biến phát xy lanh hết Cb5: cảm biến phát xy lanh hết Cb6: cảm biến phát xy lanh hết Cb7: cảm biến phát người buộc dây( cảm biến quang) b Nguyên lý hoạt động Khi nhấn nút Start, xy lanh (xy lanh ép) xuống ép, cảm biến Cb1=1 phát xy lanh hết phát tín hiệu điều khiển cho xy lanh về, cảm biến Cb2=1 phát xy lanh hết,thì tín hiệu cho phép xy lanh (xy lanh mở cửa)đi để mở cửa ra, cảm biến Cb4=1 phát xy lanh hết, cửa mở, lúc cảm biến quang Cb7=0 phát có người buộc giây, cảm biến Cb7=1 tín tiếp tục điều khiển cho xy lanh 3(xy lanh đẩy giấy) để đẩy giấy ngoài, cảm biến Cb5=1 phát xy lanh hết, tín hiệu điều khiển cho xy lanh về, cảm biết Cb6=1 phát xy lanh hết tín hiệu điều khiển cho xy lanh đóng cửa, cảm biến Cb3=1 phát xy lanh hết, cửa đóng xong Thì q trình làm việc kết thúc Để thực tiếp người điều khiển tiếp tục ấn nút Start 25 3.2 Thiết kế chƣơng trình điều khiển a Khai báo bảng Symbol Hình 3.2: Bảng khai báo Symbol Hình 3.3 :Sơ đồ kết nối ngõ vào PLC S7-300 26 b Chƣơng trình điều khiển PLC S7-300 - Chương trình điều khiển xy lanh ép (xy lanh 1) ra, ép phế liệu Hình 3.4: Network 1-Chƣơng trình điều khiển xy lanh ép làm việc - Chương trình điều khiển xy lanh ép (xy lanh 1) vị trí ban đầu trình ép xong Hình 3.5: Network -Chƣơng trình điều khiển xy lanh ép 27 - Chương trình điều khiển mở cửa để đẩy giấy Hình 6: Network -Chƣơng trình điều khiển cửa mở ép xong - Chương trình điều khiển thời gian Hình 7: Network - Chƣơng trình thời gian 28 - Chương trình điều khiển xy lanh ra, đẩy giấy Hình 8: Network - Chƣơng trình điều khiển đẩy giấy - Chương trình điều khiển xy lanh vị trí ban đầu, q trình đẩy giấy ngồi xong Hình 9: Network - Chƣơng trình điều khiển xy lanh đẩy giấy 29 - Chương trình điều khiển đóng cửa, kết thúc chu kỳ làm việc Hình 10: Network - Chƣơng trình điều khiển đóng cửa giấy đƣợc đƣa ngồi 3.3 Mơ chƣơng trình điều khiển S7-300 - Khi ta nhấn nút Start, ngõ vào I124.0=1  Q124.0 =1, Rơ le K1 có điện, điều khiển xy lanh ra, trình ép bắt đầu Hình 11: Mơ Phỏng chƣơng trình điều khiển xy lanh ép phế liệu 30 - Khi xy lanh tác động vào Cb1, ngõ vào I124.3=1  Q124.1 =1, Rơ le K2 có điện, điều khiển xy lanh về, đồng thời tác động ngược lại ngắt điện K1 Hình 12: Mơ Phỏng chƣơng trình điều khiển xy lanh - Khi xy lanh tác động vào Cb2, ngõ vào I124.4=1Q124.3=1, Rơ le K4 có điện, điều khiển xy lanh về, cửa mở ra, đồng thời tác động lại ngắt điện K2 Hình 3.13: Mơ Phỏng chƣơng trình mở cửa q trình ép kết thúc 31 - Khi xy lanh tác động vào Cb4, I124.6 =1  T0 :hàm thời gian đếm ngược S_ODTS, khoảng thời gian công nhân buộc dây vào giấy, đồng thời tác động ngược lại ngắt điện K4 Hình 3.14: Mơ Phỏng chƣơng trình thời gian để buộc dây - Khi công nhân buộc dây xong, cảm biến quang Cb7 phát người buộc dây khỏi máy, I125.1 =1  Q124.4 =1, Rơ le K5 có điện, điều khiển xy lanh ra, đẩy giấy đc buộc dây đường băng Hình 15: Mơ Phỏng chƣơng trình điều khiển đẩy giấy 32 - Khi xy lanh tác động vào Cb5, I124.7 =1  Q124.5 =1, Rơ le K6 có điện, điều khiển xy lanh về, đồng thời tác động lại ngắt điện K5 Reset lại hàm thời gian T0 Hình 16: Mơ Phỏng chƣơng trình điều khiển xy lanh đẩy giấy - Khi xy lanh tác động vào Cb6, I125.0 =1  Q124.2 =1, Rơ le K3 có điện, điều khiển xy lanh để đóng cứa lại đẩy giấy ra, tác động lại ngắt K6 Hình 17: Mơ Phỏng chƣơng trình điều khiển đóng cửa 33 - Khi xy lanh tác động vào Cb3, I124.5 =1  Q124.2 =0 Ngắt điện K3, trình làm việc máy kết thúc Muốn máy hoạt động tiếp ta lại ấn Start lắp lại quy trình làm việc Hình 18: Kết thúc chƣơng trình điều khiển tự động 34 KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu với nỗ lực thân với giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn thầy cô giáo môn đến đề tài em hoàn thành, nội dung đáp ứng yêu cầu đề tài đặt ra, kết đạt bao gồm nội dung sau: - Đã trình bày vấn đề tổng quan máy ép lề - Nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc điều khiển, phương pháp lập trình điều khiển, van điều khiển cảm biến - Thiết kế chương trình điều khiển Simatic PLC S7-300 - Mơ chương trình PLC S7-300 Nhưng thời gian có hạn kiến thức em phần cịn hạn chế nên q trình nghiên cứu, thiết kế, chế tạo có nhiều thiếu sót sản phẩm cịn chưa hồn thiện Vì vậy, em mong góp ý thầy khoa để đồ án em hoàn thiện có thêm kiến thức sâu lĩnh vực điều khiền PLC khí nén,thủy lực Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Sinh viên thực Trương Văn Toàn 35 ... hoạt động máy ép lề - Sử dụng tập lệnh, ngơn ngữ lập trình PLC S7-300 - Thiết kế hệ thống điều khiển tự đông cho máy ép lề 1.4 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu cấu trúc hệ thống ép lề - Nghiên cứu. .. TRÌNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG MÁY ÉP LỀ DẠNG ĐỨNG 3.1 Lƣu đồ thuật toán a Lưu đồ thuật toán: điều khiển tự động máy ép lề dạng đứng Hình 1: Lƣu đồ thuật tốn 24 - Giải thích: Xy lanh 1: xy lanh ép Xy... hoạt động - Sử dụng phần mềm lấp trình điều khiển PLC S7-300 để thiết kế hệ thống điều khiển tự động cho máy ép lề dạng đứng - Chạy chương trình điều khiển phần mềm mô CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU MÁY ÉP