Thiết kế xây dựng mô hình khoan tự động - Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (11)

LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: Thiết kế xây dựng mơ hình khoan tự động em tự thiết kế hướng dẫn cô giáo Th.s Phan Thị Huyền Châu Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác.Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiêm Hà Nội, ngày 12 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Đăng An DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v LỜI MỞ ĐẦU Chương CƠNG NGHỆ KHOAN VÀ MƠ HÌNH KHOAN TỰ ĐỘNG 1.1 Mô tả công nghệ khoan 1.1.1 Đặc điểm công nghệ 1.1.2 Khoan phương pháp thủ công 1.1.3 Khoan cỡ nhỏ 1.1.4 Máy khoan sử dụng công nghiệp 1.1.5 Máy khoan CNC 1.1.6 Một số mô hình hệ thống máy khoan tự động thực tế 10 1.2 Mơ hình cơng nghệ khoan tự động 10 1.2.1 Kết cấu khí 10 Chương Thiết kế máy khoan sử dụng phương pháp GRAFCET 11 2.1 Phương pháp Grafcet 11 2.1.1 Nội dung phương pháp GRAFCET 11 2.1.2 Một số trường hợp đặc biệt 14 2.2 Thiết kế mơ hình khoan phương pháp Grafcet 16 2.2.1 Mơ tả phân tích cơng nghệ mơ hình máy khoan tự động 16 2.2.2 Sử dụng GRAFCET thiết kế hệ điều khiển máy khoan tự động 18 2.2.3 Grafcet I (GI) 20 2.2.4 Grafcet II (GII) 21 2.2.5 Xác định hàm điều khiển cho mơ hình máy khoan tự động 22 Chương THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC 24 3.1 Tổng quan PLC 24 3.1.1 Giới thiệu PLC 24 3.1.2 Phân loại PLC 27 3.1.3 Ngơn ngữ lập trình PLC 28 3.1.4 Ưu điểm PLC 29 3.2 PLC MITSUBISHI FX3GA-24MT 31 3.2.1 Giới thiệu PLC MITSUBISHI FX3GA-24MT 31 3.2.2 Phân cổng vào PLC 33 3.3 Sơ đồ đấu nối 34 3.3.1 Sơ đồ đấu dây PLC 34 3.3.2 Sơ đồ mạch lực 35 3.3.3 Sơ đồ mạch điều khiển 36 3.4 Chương trình điều khiển cho PLC 36 3.4.1 Phần mềm lập trình GX Developer 36 3.4.2 Chương trình điều khiển cho hệ thống khoan tự động 37 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỰC TẾ 38 4.1 Yêu cầu thiết kế hệ điều khiển cho mơ hình khoan tự động 38 4.2 Lựa chọn thiết bị mạch lực mạch điều khiển 38 4.2.1 Xy lanh khí nén 38 4.2.2 Van phân phối 41 4.2.3 Van tiết lưu chiều 43 4.2.4 Aptomat 44 4.2.5 Rơ le trung gian 46 4.2.6 Động 48 4.2.7 Nguồn 50 4.2.8 Dây dẫn khí 53 4.2.9 Nút nhấn 55 4.2.10 Cảm biến 57 4.3 Xây dựng mơ hình thực nghiệm 60 4.3.1 Các khối mơ hình hệ thống khoan tự động 60 4.3.2 Mơ hình tổng thể 64 4.4 Thiết kế giao diện điều khiển 65 4.4.1 Giới thiệu chung loại hình HMI 65 4.4.2 Màn hình GOT1000 65 4.4.3 Phần mềm thiết kế giao diện HMI-GT Designer 66 KẾT LUẬN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 69 Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Khoan thủ công Hình 1.2 Máy khoan sử dụng điện Hình 1.3 Khoan tay sử dụng Pin Hình 1.4 Máy khoan bàn Hình 1.5 Máy khoan cần Hình 1.6 Máy khoan đứng Hình 1.7 Máy khoan lỗ sâu Hình 1.8 Máy khoan nhiều đầu Hình 1.9 Máy khoan phay Hình 1.10 Máy khoan CNC Hình 1.11 Mơ hình hệ thống máy khoan thực tế Hình 2.1 Lưu đồ tổng quát Grafcet I 13 Hình 2.2 Lưu đồ tổng quát Grafcet II 14 Hình 2.3 Mạch phân kỳ “Hoặc” 15 Hình 2.4 Mạch hội tụ “Hoặc” 16 Hình 2.5 Mạch phân kỳ “Và” 17 Hình 2.6 Mạch hội tụ “Và” 17 Hình 2.7 Mơ hình máy khoan tự động 19 Hình 2.8 Sơ đồ Grafcet I 23 Hình 2.9 Sơ đồ Grafcet II 24 Hình 3.1.Cấu hình bả PLC 28 i Danh mục hình vẽ Hình 3.2 Nguyên tắc hoạt động PLC 29 Hình 3.3 Lập trình dạng bậc thang 30 Hình 3.4 Lập trình phương pháp khối hàm 32 Hình 3.5 Điều khiển động PLC 33 Hình 3.6 Mơ hình bồn trộn hóa chất điều khiển PLC 33 Hình 3.7.Điều khiển đèn giao thông sử dụng PLC 34 Hình 3.8 PLC MISTSUBISHI FX3GA-24MT 37 Hình 3.9 Sơ đồ đấu nối PLC 38 Hình 3.10 Sơ đồ đấu nối xy lanh 38 Hình 3.11 Sơ đồ đấu nối dộng khoan 39 Hình 3.12 Sơ đồ mạch điều khiển 40 Hình 4.1 Xylanh STNC 20*100 42 Hình 4.2 Sơ đồ đấu nối xy lanh 43 Hình 4.3 Van phân phối 5/2 AIRTAC 44 Hình 4.4 Ký hiệu van phân phối 5/2 44 Hình 4.5 Van tiêt lưu chiều 45 Hình 4.6 Ký hiệu van tiết lưu chiều 45 Hình 4.7 Aptomat LS BKN 2P, 10A (6KA) 46 Hình 4.8.Nguyên lý hoạt động aptomat 47 Hình 4.9 Rơ le OMRON 48 Hình 4.10 Sơ đồ nguyên lý rơ le trung gian 48 Hình 4.11 Động khoan 49 Hình 4.12 Sơ đồ đấu nối động khoan 50 Hình 4.13 Nguồn 24VDC 51 Hình 4.14 Dây dẫn khí 52 ii Danh mục hình vẽ Hình 4.15 Nút nhấn 52 Hình 4.16 Sơ đồ đấu nối nút nhấn 52 Hình 4.17 Cảm biến LJ8A3-2-Z/BY (PNP) 53 Hình 4.18 Cảm biến CS1-S (NPN) 53 Hình 4.19 Cảm biến NPN 54 Hình 4.20 Cảm biến PNP 54 Hình 4.21 Hệ thống nút nhấn 56 Hình 4.22 Van phân phối 5/2 56 Hình 4.23 Khối điều khiển 57 Hình 4.24 Nguồn 24VDC 57 Hình 4.25 Động khoan 58 Hình 4.26 Mơ hình hệ thống khoan tự động 58 Hình 4.27 Màn hình GOT1000 59 Hình 4.28 Kế nối dùng chung nguồn nuôi 24VDC 60 Hình 4.29 Kế nối dùng riêng nguồn ni 24VDC 60 Hình 4.30 Cáp kết nối PLC với HMI 61 Hình 4.31 Cáp kết nối PLC với PC 61 Hình 4.32 Hệ thống HMI kết nối với PLC 61 Hình 4.33 Thanh Toolbar GT Designer 62 Hình 4.34 Thanh object GT Designer 63 Hình 4.35 Giao diện điều khiển HMI GOT1000 63 iii Danh mục bảng biểu DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Tín hiệu đầu vào 18 Bảng 2.2 Tín hiệu đầu 19 Bảng 3.1 Tín hiệu vào PLC 33 Bảng 3.2 Tín hiệu PLC 33 Bảng 4.1 Thông số xylanh STNC 40 Bảng 4.2 Thông số van phân phối AIRTAC 4V210-08 42 Bảng 4.3 Thông số aptomat 44 Bảng 4.4 Thông số kỹ thuật rơle 48 Bảng 4.5 Thông số kỹ thuật động khoan 49 Bảng 4.6 Thông số kỹ thuật nguồn 51 Bảng 4.7 Thông số nút nhấn 52 Bảng 4.8 Thông số cảm biến LJ8A3-2-Z/BY 54 iv Danh mục từ viết tắt DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT GRAFCET Graphe fonctionnel de Com-mande Etape transition PLC Programmable Logic Controller CPU Central Processing Unit HMI Human Mechine Interface v Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Ngày này, ngành công nghiệp phát triển mạnh địi hỏi quy trình làm việc nhanh hiệu quả, nhà máy đưa máy móc tự động vào làm việc để thay sức lao động người cho suất làm việc cao từ sản phẩm sản xuất có tính cạnh tranh cao thị trường Trong việc khoan phơi vậy, địi hỏi phải có máy khoan phơi tự động nhằm giảm chi phí th nhân cơng nâng cao suất Quy trình cơng nghệ khoan tự động mà em thực sau ứng dụng phần nhỏ công nghiệp đại hóa ngày Có nhiều cách để thiết kế mơ hình khoan tự động khác nhau, em thiết kế mơ hình khoan tự động điều khiển hệ thống điện – khí nén Trong trình thực đồ án, em cố gắng nhiều hiểu biết lực cịn yếu nên chắn khơng tránh khỏi sai sót Vì mong nhận ý kiến đóng góp thầy bạn Em xin cảm ơn nhà trường, môn tự động hóa cơng nghiệp tạo điều kiện cho em học tập, nghiên cứu phịng thí nghiệm em chân thành gửi lời cảm ơn tới cô Th.s Phan Thị Huyền Châu hướng dẫn giúp đỡ để em hoàn thành đồ án cách tốt Nội dung đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MƠ HÌNH KHOAN TỰ ĐỘNG “gồm có chương sau:     Chương Mô tả cơng nghệ khoan mơ hình máy khoan tự động Chương Thiết kế mô hinh khoan sử dụng phương pháp Grafcet Chương Thiết kế mạch điều khiển sử dụng PLC giao diện trạng thái Chương Xây dựng mơ hình thực tế Hà nội, ngày 09 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển 4.2.7 Nút nhấn a) Lựa cọn thiết bị Lựa chọn nút nhấn IDEC có thơng số sau: Bảng 4.7 Thông số nút nhấn Hãng sản xuất IDEC Mã sản phẩm AL6M – M24G Kiểu tiếp điểm Khơng trì Dịng tối đa 10A Điện áp làm việc 24VDC Nhiệt độ hoạt động -25 – 50 độ C Hình 4.15 Nút nhấn 55 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển a) Sơ đồ đấu nối 24V DC PLC SW Input Hình 4.16 Sơ đồ đấu nối nút nhấn 4.2.8 Cảm biến a) Lựa chọn thiết bị Trong mơ hình, xylanh có cảm biến để xác định hành trình xylanh Cảm biến tác động đưa tín hiệu báo điều khiển để lệnh điều khiển Ta sử dụng cảm biến tiệm cận LJ8A3-2-Z/BY cho vị trí: - Cảm biến phát có vật - Cảm biến đầu xylanh C - Cảm biến cuối xylanh B Và cảm biến cảm biến từ Airtac CS1-S cho vị trí: - Cảm biến cuối xylanh A - Cảm biến đầu xylanh B 56 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển Bảng 4.8 Thông số cảm biến LJ8A3-2-Z/BY Model LJ8A3-2-Z/BY Điện áp hoạt động – 36 VDC Dịng tiêu thụ khơng tải 10mA Khoảng cách phát – 2mm (Max) Phát đối tượng Kim loại Chiều dài dây 30cm Hình 4.17 Cảm biến LJ8A3-2-Z/BY (PNP) Hình 4.18 Cảm biến CS1-S (NPN) 57 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển b) Nguyên lý hoạt động Hình 4.19 Cảm biến CS1-S (NPN) - Cảm biến tiệm cận PNP: ngõ dây màu đen bình thưởng +V, phát vật ngõ điện áp 0V Hình 4.20 Cảm biến CS1-S (NPN) - Cảm biến tiệm cận PNP: ngõ dây màu đen bình thưởng 0V, phát vật ngõ điện áp +V 58 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển 4.3 Lắp đặt hồn thiện mơ hình hệ thống khoan tự động 4.3.1 Các khối mơ hình hệ thống khoan tự động Hình 4.21 Hệ thống nút nhấn Hình 4.22 Van phân phối 5/2 59 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển Hình 4.23 Khối điều khiển Hình 4.24 Nguồn 24VDC 60 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển Hình 4.25 Động khoan M Hình 4.26 Mơ hình hệ thống khoan tự động 61 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển 4.4 Thiết kế giao diện điều khiển 4.4.1 Giới thiệu chung loại hình HMI Màn hình hay cịn gọi HMI (Human Mechine Interface) ứng dụng nhiều cơng nghiệp Màn hình gồm nhiều chủng loại khác hang Mitshubishi, Siemen, Omron, Delta,… Mỗi hang sản xuất có số tính lập trình tay, giám sát trình sản xuất, truy cập thong số, liệu cài đặt… Một số loại hình HMI hang Mitshubishi:  Loại FX-10DU đến FX-50DU  Loại GOT-F900 series (handy Touch sceen)  Loại F940GOT-LWD-E  Loại A800 Series  Loại GOT-1000 Series 4.4.2 Màn hình GOT1000 a) Giới thiệu chung hình GOT1000 Màn hình GOT1000 loại hình tích hợp nhiều chức mạnh Ta sử dụng loại hình để tạo hình ảnh đồ họa giúp ta có nhìn trực quan hệ thống Bên cạnh đó, giao diện GOT1000 ta điều khiển giám sát hệ thống cách linh hoạt dễ dàng Hình 4.27 Màn hình GOT1000 62 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển GOT1000 cho phép tới 500 trang hình ứng dụng, điều giúp người sử dụng giám sát hệ thống sản xuất phức tạp a) Kết nối HMI GOT1000 với PLC Ta kết nố HMI với PLC cách dung chung nguồn 24VDC dung riêng Hình 4.28 Kết nối dùng chung nguồn ni 24VDC Hình 4.29 Kết nối dùng riêng nguồn ni 24VDC  Tín hiệu cấp nguồn áp 24VDC  Hai cổng kết nối theo tiêu chuẩn RS232 (kết nối với PC) RS422 (kết nối với PLC) 63 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển b) Cáp kết nối PLC với HMI Hình 4.30 Cáp kết nối PLC với HMI c) Cáp kết nối HMI với PC Hình 4.31 Cáp kết nối HMI với PC d) Hệ thống HMI kết nối với PLC Hình 4.32 Hệ thống HMI kết nối với PLC 64 Chương 4: Xây dựng mô hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển 4.4.3 Phần mềm thiết kế giao diện HMI – GT Designer a) Giới thiệu GT Designer GT Designer phần mềm hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diện hình GOT áy tính Sau đó, thực việc đổ chương trình thiết kế từ PC vào GOT để vận hành Ngồi ra, GT Designer cịn cho phép import liệu có sẵn GOT vào máy tính để chỉnh sửa import từ project khác Chương trình GT Designer có nhiều phiên Ở đây, ta sử dụng phiên GT Designer 3, hỗ trợ cho dòng GOT 1000, GOT2000, GS2000 b) Sử dụng GT Designer để thiết kế giao diện  Các cơng cụ: Hình 4.33 Thanh Toolbar GT Designer - 1, 2, 3: Các lệnh tạo mới, mở, lưu project - 4, 5: Các lệnh tạo mới, mở hình - 6, 7, 8: Các lệnh cut, copy, paste - 9, 10, 11, 12, 13, 14: Các lệnh Undo, redo, xem hình thiết kế trước, sau - 15: Hiển thị danh sách object dung tròng project - 16: Hiển thị danh sách object dung project cho biết ngõ vào/ra có định dạng (bit hay word) - 17, 18: Công cụ them ghi trỏ  Toolbar view: Thanh cho biết trạng thái giá trị số đường nét mà ta dung Nói cách khác, tương tự fomat Word hay status autoCAD 65 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển  Thanh công cụ object: Hình 4.34 Thanh object GT Designer c) Giao diện HMI GOT1000 Hình 4.35 Giao diện điều khiển HMI GOT1000  1: Chế độ Auto/Manual  2: Nút ấn Start  3: Nút ấn Stop  4: Phím test Xy lanh P1 (chế độ Manual)  5: Phím test Xy lanh P2 (chế độ Manual)  6: Phím test Xy lanh P3 (chế độ Manual) 66 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển  7: Tín hiệu Xy lanh P1  8: Tín hiệu cảm biến đẩu Xy lanh P2  9: Tín hiệu Xy lanh P2  10: Tín hiệu cảm biến đẩu Xy lanh P3  11: Tín hiệu Xy lanh P3  12: Tín hiệu Khoan M  13: Tín hiệu cảm biến cuối Xy lanh P1  14: Tín hiệu cảm biến cuối Xy lanh P2 67 Chương 4: Xây dựng mơ hình thực tế thiết kế giao diện điều khiển KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em tìm hiểu tiếp thu nhiều kiến thức, kinh nghiệm bổ ích, giúp em vận dụng kiến thức thầy cô giảng dạy lớp vào thực tế Không riêng học tập, chúng em rèn luyện khả làm việc độc lập, làm việc nhóm để chế tạo thành cơng mơ hình thí nghiệm khoan tự động với bảo hướng dẫn nhiệt tình giáo Phan Thị Huyền Châu Trong nội dung nghiên cứu đồ án này, em thực nhiệm vụ sau: + Tìm hiểu, thiết kế chế tạo thành cơng mơ hình thí nghiệm khoan tự động + Tìm hiểu PLC nói chung PLC FX3G Mitshubishi nói riêng + Dùng phương pháp GRAFCET để viết chương trình lập trình cho PLC + Tìm hiểu thiết bị điện sử dụng mơ hình + Thiết kế sơ đồ dây sơ đồ lắp ráp cho hệ thống Trong trình nghiên cứu làm việc, thiết kế thành cơng mơ hình thí nghiệm khoan tự động mơ hình dừng lại mục đích phục vụ thí nghiệm nên để ứng dụng mơ hình vào thực tế cịn nhiều vấn đề phát sinh cần phần nâng cấp khắc phục Trong thời gian làm đồ án, em cố gắng tìm hiều, khắc phục vấn đề q trình xây dựng mơ hình thực tế Tuy nhiên khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong góp ý thầy giáo để đồ án em hồn thiện mơ hình ứng dụng thực tế Một lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Phan Thị Huyền Châu tận tình giúp đỡ để em hoàn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 08 tháng 06 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Đăng An 68 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bộ môn Tự động hóa cơng nghiệp – Đại học Bách khoa Hà Nội, Bài giảng Điều khiển Logic PLC [2] Nguyễn Văn Khang, Bộ điều khiển logic khả trình PLC ứng dụng, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2009 [3] Thầy Hà Tất Thắng, Bài giảng PLC cho tự động hóa, Bộ mơn Tự động hóa cơng nghiệp, 2007 [4] TS Phạm Văn Khảo, Truyền động – Tự động điều khiển khí nén, NXB Bách Khoa Hà Nội, 2012 69 ... hình máy khoan tự động a Mơ tả cơng nghệ mơ hình máy khoan tự động Hình 2.7 Mơ hình máy khoan tự động Trên hình 2.10 mơ hình máy khoan tự động với chu trình công nghệ sau : - Tự động đẩy kẹp chặt... em hoàn thành đồ án cách tốt Nội dung đồ án “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO MƠ HÌNH KHOAN TỰ ĐỘNG “gồm có chương sau:     Chương Mô tả công nghệ khoan mơ hình máy khoan tự động Chương Thiết... loại máy làm việc tự động gần hồn tồn đạt độ xác cao máy CNC dùng để khoan chi tiết máy khoan thông thường Các máy khoan tự động hóa theo dây chuyền nhằm nâng cao suất giảm sức lao động người Máy