Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại và gắp sản phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ GẮP SẢN PHẨM Giảng viên hướng dẫn : ThS HỒ SỸ PHƯƠNG Sinh viên thực : LÊ CÔNG HOAN MSSV : 135D5202160040 Lớp : 54K1 – KTĐK & TĐH Nghệ An, 06-2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ GẮP SẢN PHẨM Giảng viên hướng dẫn: ThS HỒ SỸ PHƯƠNG Cán phạn biện :ThS PHAN VĂN DƯ Sinh viên thực : LÊ CÔNG HOAN MSSV: 135D52012160040 Lớp : 54K1 – KTĐK & TĐH Nghệ An, 06-2018 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Hồ Sỹ Phương, giảng viên Viện Kỹ thuật Công nghệ trường Đại học Vinh người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Vinh nói chung, thầy Viện Kỹ Thuật Cơng nghệ nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt trình học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! TÓM TẮT ĐỒ ÁN Ngày nay, phát triển khoa học kĩ thuật, địi hỏi trình độ tự động hóa ngày phát triển để đáp ứng nhu cầu Tự động hóa ngày phát triển mạnh mẽ lĩnh vực kinh tế, đời sống xã hội, tự động hóa trở thành mũi nhọn cho phát triển giới nói chung cơng nghiệp nói riêng Trình độ tự động hóa quốc gia đánh giá phát triển kinh tế quốc gia Chính lẽ mà việc phát triển tự động hóa việc cần thiết Việc tạo sản phẩm tự động hóa không công nghiệp mà đời sống hàng ngày việc quan trọng Hầu tất lĩnh vực thấy cần thiết tự động hóa Đồ án trình bày q trình tìm hiểu, phân tích chi tiết, thiết kế chế tạo mơ hình cánh tay máy phân loại sản phẩm để phục vụ cho nhu cầu cấp thiết thị trường Bên cạnh đó, tìm hiểu tổng quan chức PLC, cách lập trình PLC cách tối ưu nhất, đồng thời thiết kế giao diện giám sát điều khiển hệ thống phần mềm Wincc cách trực quan, tối ưu ABSTRACT Nowadays, during the development of science and technology, automation requirements are growing to meet their needs Increasing automation in the fields of economy, social life and automation has become the spearhead for the development of the world in general and in the industry in particular The degree of automation of each country assesses the economic development of that country For that reason, the development of automation is a necessity The creation of automation products not only in the industry but in daily life is very important Almost all areas see the need for automation This project presents the process of understanding, parsing details, design and making the models of the machine type of the machine for the server for the field level required Besides, it find the total about the PLC's performance, cach to the PLC to the maximum way, the monitoring interface and system control with the Wincc software online, priority Mục lục LỜI CẢM ƠN .1 TÓM TẮT ĐỒ ÁN PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1Giới thiệu chung: 1.2 Mục đích lựa chọn ứng dụng đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu phạm vi nghiên cứu: 1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu: 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu: 1.4 Giới thiệu PLC S7-300: 10 1.4.1 Đặc điểm điều khiển lập trình: 10 1.4.2 Sơ lược lịch sử phát triển: 13 1.4.3 Cấu trúc nghiên cứu hoạt động PLC: .14 1.4.4 Các ưu điểm sử dụng hệ thống điều khiển với PLC: 16 1.4.5 Ứng dụng PLC sản xuất: 17 1.4.6 So sánh hệ điều khiển PLC với hệ điều khiển khác: 18 1.5 Hệ thống khí nén 19 1.5.1Khả ứng dụng khí nén: 19 1.6 Giới thiệu linh kiện khác sử dụng đồ án: 20 1.6.1 Giới thiệu mạch Arduino UNO R3 .20 1.6.2 Giới thiệu cảm biến màu TCS3200 22 1.6.3 Cảm biến khoảng cách 24 1.6.4 Rơ le 27 1.6.5 Động chiều DC 29 1.6.6 Khí nén 30 1.6.7 Van điện từ khí nén 30 1.6.8 Van tiết lưu ống dẫn khí nén 32 1.6.9 Xi lanh khí nén 32 1.6.10 Cơng tắc hành trình 34 CHƯƠNG PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH 35 2.1 Yêu cầu hệ thống 35 2.2 Phân tích yêu cầu 35 2.3 Thi cơng khí 38 2.3.1 Thiết kế mơ hình 38 2.3.1.1Thiết kế băng tải 38 2.3.2.2 Thiết kế cánh tay máy gắp sản phẩm .39 2.2.4 Kết mơ hình 40 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH 41 3.1 u cầu điều khiển giám sát máy tính 41 3.2 Giới thiệu phần mềm mô Wincc 41 3.3 Thiết kế, mô giao diện điều khiển giám sát 45 3.3.1Tạo Project Wincc 45 3.3.2 Tạo biến .47 3.4 Lập trình PLC 48 3.5 Kết mô 56 KẾT LUẬN .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc PLC 14 Hình 1.2 Arduino UNO R3 .21 Hình 1.3 Thông số Arduino UNO R3 21 Hình 1.4 Cảm biến màu sắc TCS3200 23 Hình 1.5 Cách đấu dây kết nối với Arduino 24 Hình 1.6 Cấu tạo chung cảm biến 25 Hình 1.7 Cảm biến tiệm cận điện dung E3F-DS30C4 30CM 26 Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận .26 Hình 1.9 Cấu tạo rơ le trung gian 28 Hình 1.10 Rơ le trung gian 29 Hình 1.11 Động giảm tốc chiều 24V 29 Hình 1.12 Cấu tạo van điện từ khí nén 5/2 .31 Hình 1.13Van điện từ khí nén 5/2 .31 Hình 1.14Van tiết lưu 32 Hình 1.15Cấu tạo bên xi lamh 32 Hình 1.16 Xi lanh khí nén MAL .34 Hình 1.17 Cấu tạo cơng tắc hành trình .34 Hình 2.1 Giản đồ Grafcet 35 Hình 2.2 Lưu đồ thuật tốn PLC 37 Hình 2.3 Trình tự thực đề tài .37 Hình 2.4 Mơ hình băng tải 38 Hình 2.5 Mơ hình cánh tay gắp sản phẩm .39 Hình 2.6Mơ hình xích mang cấu gắp sản phẩm 39 Hình 2.7 Hệ thống phân loại màu sắc 40 Hình 2.8 Mơ hình phân loại lưu kho hàng hóa 40 Hình 3.1 Hộp thoại Wincc Explorer Create New Project 45 Hình 3.2 Màn hình Wincc Explorer 46 Hình 3.3 Hộp thoại Wincc Configuration Studio .46 Hình 3.4 Cửa sổ Tag Properties 47 Hình 3.5 Cửa sổ Address Properties 48 Hình 3.6 Các biến S7-300 48 Hình 3.7 Khai báo biến Win CC 56 Hình 3.8 Mơ hình đề tài giao diện Win CC 57 PHẦN MỞ ĐẦU Hiện cơng cơng nghiệp hố, đại hố đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Để thực cơng việc cách khoa học nhằm đạt số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi kinh tế Các cơng ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng cơng nghệ lập trình PLC Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội Với ý nghĩa em chọn đề tài“Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại gắp sản phẩm ” Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu nguyên lý, cấu tạo hệ thống phân loại gắp sản phẩm - Xây dựng mạch điều khiển hoạt động ổn định - Thiết kế phần khí nhỏ gọn cải thiện giá thành sản phẩm Phương pháp nghiên cứu ➢ • • ➢ • • • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu hệ thống phân loại gắp sản phẩm Nghiên cứu tài liệu S7-300 vi điều khiển Phương pháp thực nghiệm: Mô phần mềm Simatic Step winCC Tìm hiểu hệ thống thực tế Làm mơ hình thực tế Nội dung nghiên cứu Gồm chương sau : • Chương 1.Tổng quan đề tài • Chương Phân tích thiết kế mơ hình • Chương Điều khiển giám sát mơ hình CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung Ngày nay, việc tự động hóa sản xuất nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao xuất lao động Hệ thống sản xuất tự động ngày ứng dụng rộng rãi phân xưởng, nhà máy Sự phát triển kỹ thuật bán dẫn điện tử, với việc đời linh kiện điện tử, chúng áp dụng hệ thống khí từ loại máy móc tự động đời Tự động hóa q trình sản xuất cho phép giảm giá thành nâng cao suất lao động Trong thời đại, q trình sản xuất ln điều khiển theo qui luật kinh tế Có thể nói giá thành yếu tố quan trọng xác định nhu cầu phát triển tự động hóa Khơng sản phẩm cạnh tranh giá thành sản phẩm cao sản phẩm loại, có tính tương đương với hãng khác Hệ thống tự động hóa đóng vai trò quan trọng sản xuất đời sống, đặc biệt sản xuất công nghiệp đại trở nên cần thiết phổ biến Ứng dụng hệ thống tự động hóa vào sản xuất giúp tăng suất lao động, tăng độ chínhxác vàtăng hiệu trính sản xuất nhà máy, doanh nghiệp Hệ thống phân loại gắp sản phẩm gồm loại máy tự động lắp đặt với tạo nên dây chuyền khép kín đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục xác Hệ thống phân loại thường áp dụng với doanh nghiệp có quy mơ lớn với doanh nghiệp vừa nhỏ áp dụng để đẩy nhanh q trình phân loại đóng gói sản phẩm thúc đẩy phát triển doanh nghiệp Việc áp dụng máy đóng gói tự động với băng tải chuyền giải pháp tối ưu, an toàn tiết kiệm với doanh nghiệp muốn cải thiện tình hình sản xuất ngày phát triển Đưa sản xuất hệ thống đóng gói tự động doanh nghiệp đạt nhiều lợi ích tính linh hoạt, chi phí thấp Và đặc biệt nâng cao tính đại hóa sản xuất doanh nghiệp, đưa doanh nghiệp lên tầm cao sử dụng dây chuyền tự động mang tính đại hóa Hình 3.2 Màn hình Wincc Explorer Cửa sổ soạn thạo Wincc Explorer xuất hình 3.2 Để thiết lập truyền thơng Wincc với thiết bị, cần có mạng liên kết chung với việc trao đổi liệu Do cần chọn Driver Nhấp đúp chuột vào Tag Management từ hình Wincc Explorer , cửa sổ Tag Management Nhấp chuột phải vào Tag Management chọn Add new driver > Simatic S7 Protocol Suite.chn (kết nối với PLC S7-300) Trong mục Simatic S7 Protocol Suite nhấp chuột phải lên mục MPI chọn “ New Driver Conection ” hình 3.3 Hình 3.3 Hộp thoại Wincc Configuration Studio Hộp thoại Configuration xuất để khao báo thuộc tính kết nối, mục name ta đặt tên sau nhấp chọn Ok để chấp nhận 46 3.3.2 Tạo biến Để tạo kết nối thiết bị dự án Wincc trước tiên phải tạo Tags ( biến ) Wincc Biến tạo Tag Management Để thiết lập biến, nhấp chuột phải vào nhóm biến, chọn New Tag Hộp thoại Tag Properties xuất hình 3.4 Hình 3.4 Cửa sổ Tag Properties Thiết lập tham số mục sau: nhập tên tag vào ô Name, mục Data Type, nhấp mũi tên xuống chọn kiểu liệu Binary tag Ở mục Address nhấp nút chọn Select Hộp thoại Address Properties xuất (hình 3.5) Trong cửa sổ Address Properties chọn thông số mục sau: Mục Data, chọn liệu kiểu Bit memory, Input, Ouput phù hợp với thuộc tính Tag cần đặt Mục Address, chọn địa có PLC Bit 47 Hình 3.5 Cửa sổ Address Properties 3.4 Lập trình PLC Với yêu cầu toán đặt ra, em tiến hành lập trình cho mơ hình mình, đáp ứng yêu cầu đặt Hình 3.6 Các biến S7-300 48 ❖ ChươngtrìnhPLC hệ thống 49 50 ❖ 51 52 53 54 55 3.5 Kết mô Hình 3.7Khai báo biến Win CC 56 Hình 3.8Mơ hình đề tài giao diện Win CC ❖ Kết ✓ Kết đạt được: Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống lưu kho hàng hóa tự động, gặp khơng khó khăn, trở ngại thực đề tài nhờ có trợ giúp thấy hướng dẫn thầy cô môn nên em đạt kết khả quan động lực để em hoàn thiện đề tài tốt như: • Cơ khí đáp ứng u cầu đề tài • Thi cơng nhà kho chứa hàng theo dạng ơ, gồm có ngăn dùng để chứa hàng • Thi cơng mơ hình bốc dỡ hàng Về chương trình phần mềm: -Điều khiển giám sát hệ thống phần mềm WinCC ➢ Hạn chế cách khắc phục Tuy có kết khả quan bước đầu khơng thiếu sót dần qua thời gian em thực đề tài +Các cấu hoạt động chưa thật xác +Giải pháp đưa chưa thật tối ưu 57 Những thiếu sót đượcem tập trung xử lý để tìm ngun nhân từ đưa biện pháp khắc phục.Về khí cấu hoạt động em khơng ngừng tìm hiểu, sửa đổi cấu cho làm việc ổn định nhất, phù hợp với yêu cầu đề tài đảm bảo tính thẩm mỹ mơ hình.Về điện tử điều chỉnh, nâng cấp tầm hoạt động mô hình.Nhìn chung mặt hạn chế khắc phục thời gian thực đề tài với hướng dẫn tận tình Thầy Hồ Sỹ Phương đồng thời có hỗ trợ bạn Càng gặp nhiều khó khăn thực đề tài, em học hỏi nhiều kinh nghiệm quý báu trước em trường 58 KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu thực đề tài cuối em cho mô hình phân loại gắp sản phẩm Có thể nói đề tài hồn thành mục đích đặt ban đầu yêu cầu thiết kế Thông qua đề tài em hiểu rõ thiết bị khả trình PLC phần mềm Simatic Step winCC.Để từ giúp cho cơng việc sau dễ dàng Em định hướng phát triển đề tài theo hướng mở rộng mơ hình Với kiến thức có nhu cầu thực tế, nên em cố gắng phát triển sản phẩm phù hợp với yêu cầu xí nghiệp nước.Với dây chuyền phân loại gắp sản phẩm sau hoàn thành chưa áp dụng trực tiếp vào cơng nghiệp, em tin có hỗ trợ phần kinh tế kinh nghiệm công ty chúng em phát triển cách tốt nhất,khoa học để cơng ty sản xuất u cầu phân loại sử dụng Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Hồ Sĩ Phương thầy cô môn kỹ thuật điều khiển tự động hóa viện Kỹ thuật Cơng nghệ giúp chúng em hoàn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn! 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Tự động hóa với SIMATIC S7-300 Nguyễn Dỗn Phước - Phan Xuân Minh – Vũ Văn Hà Tài liệu Hệ thống khí nén, thủy lực Th.s Nguyễn Phúc Đáo [3].Tự động hóa cơng nghiệp với WinCC -TS Trần Thu Hà, KS Phạm Quang Huy- Nhà xuất Hồng Đức [4] Hệ thống điều khiển khí nén-PTS Nguyễn Ngọc Phương - Nhà xuất giáo dục [5] Kỹ thuật lập trình PLC bản- Khoa điện tử - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM 60 ... đề tài? ?Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại gắp sản phẩm ” Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu nguyên lý, cấu tạo hệ thống phân loại gắp sản phẩm - Xây dựng mạch điều khiển hoạt động ổn định - Thiết. .. cần thiết phổ biến Ứng dụng hệ thống tự động hóa vào sản xuất giúp tăng suất lao động, tăng độ chínhxác vàtăng hiệu trính sản xuất nhà máy, doanh nghiệp Hệ thống phân loại gắp sản phẩm gồm loại. .. thực tiễn, đề tài áp dụng vào thực tế để tạo hệ thống lưu hàng thật với nguyên tắc làm việc giống tương tựVậy nênđề tài ? ?Thiết kế, chế tạo hệ thống phân loại gắp sản phẩm ” 1.3.2Phạm vi nghiên