Trần hoàng nam thiết kế hệ thống kiểm tra lỗi sản phẩm thầy giáo lê văn chung

Hệ thống phân loại sản phẩm mô phỏng trên factory IO , có code . Phần mềm Factory IO của Real game là 1 phần mềm mô phỏng dùng trong mô phỏng hệ thống PLC và training về kỹ năng lập trình PLC.Vì thời gian hạn chế nên trong đề tài này em đã thực hiện việc thiết kế 1 hệ thống đóng gói kiểm tra và phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7 – 300 và mô phỏng 3D trên phần mềm Factory IO.

MỤC LỤC CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề .3 1.2 Mục tiêu cần đạt 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn đề tài CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.1 Tổng quan dòng PLC S7 300 2.1.1 Tổng quan 2.1.2 Các module PLC S7 300 .5 2.1.3 Bộ nhớ PLC : 2.1.4 Cấu trúc chương trình 2.1.5 Một số lệnh .9 2.2 Sensor 17 2.3 Xây dựng yêu cầu điều khiển hệ thống 24 2.3.1 Nguyên tắc điều khiển 24 2.3.2 Sơ đồ khối hệ thống 25 2.3.3 Lưu đồ thuật toán điều khiển 26 CHƯƠNG : PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 29 3.1 Lập trình điều khiển khiển hệ thống 29 3.1.1 Sơ đồ đấu dây PLC , địa vào 29 3.1.2 Viết chương trình điều khiển hệ thống .30 3.2 Mô hệ thống Factory IO 38 3.2.1 Giới thiệu phần mềm Factory IO 38 3.2.2 Thiết kế hệ thống 40 3.3.3 Kết chạy mô hệ thống 44 KẾT LUẬN .45 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 : Dây chuyền kiểm đồ uống Hình : Dây chuyền kiểm tra bo mạch Hình : Dây chuyền kiểm tra thuốc Hình : Hệ PLC S7-300 Hình 2 : Các khối chức PLC S7-300 Hình Một số loại sensor Digital 20 Hình : Cảm biến áp suất .24 Hình 5: Cảm biến đo mức nước dạng quang 25 Hình : Cảm biến mức nước dạng phao tuyến tính 25 Hình :Cảm biến mức nước dạng siêu âm 26 Hình :Sơ đồ khối hệ thống 27 Hình : Sơ đồ thuật toán điều khiển .28 Hình 10 : Thuật toán điều khiển Pitong 29 Hình 11 : Thuật tốn hoạt động cánh tay gạt 30 Hình : Sơ đồ đấu dây PLC 31 Hình : Thêm modul Modul mở rộng SM323 16DI/16DO vào slot4 35 Hình 3 : Phần mềm Factory IO .40 Hình : Băng truyền trục lăn động .41 Hình : Băng tải động 41 Hình : Tay đẩy Pusher 41 Hình : Tay gạt .42 Hình : Cảm biến phát vật 42 Hình : Tủ điều khiển 42 Hình 10 : Mơ hình tồn hệ thống 45 Hình 11 : Cơng đoạn phân loại sản phẩm lỗi 45 Hình 12: Công đoạn phân loại sản phẩm 46 Hình 13 : Công đoạn cho sản phẩm vào Pallet .46 Hình 14 : Hệ thống thực việc chọn lọc sản phẩm 46 Hình 15: Hệ thống băng tải phụ chờ .47 Hình 16 : Tủ điều khiển 47 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, kinh tế nước giới nói chung Việt Nam nói riêng đà phát triển mạnh mẽ, đời sống người dân ngày nâng cao Hiện đa phần xí nghiệp điều thực dây chuyền sản xuất tự động hóa , khơng cịn sử dụng đến lao động tay chân nhiều Các mơ hình tự động hóa ngày hồn thiện sử dụng rộng rãi Với mục tiêu tiết kiệm thời gian nguồn lao động tay chân , tính kinh tế lâu dài Trong q trình sản xuất nhà máy trọng khâu kiểm tra sản phẩm xuất thị trường tiêu thụ nhằm đưa tới cho khách hàng tin cậy cao chất lượng , lắp đặt hệ thống dây chuyền sản xuất máy kiểm tra sản phẩm điều thiếu Đây hội sinh viên chuyên ngành kỹ thuật chúng em trau dồi lượng kiến thức đáng kể ngành tự động hóa , nhu cầu cần thiết hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Lê Văn Chung em thực đồ án với đề tài “ Thiết kế dây chuyền kiểm tra lỗi sản phẩm” Đồ án thiết kế nghiên cứu hoạt động dựa tảng phần mềm lập trình PLC mơ hệ thống phần mềm Factory I/O Tuy nhiên, kiến thức hạn hẹp kinh nghiệm cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi sai sót Vì em mong nhận bảo thầy để đề tài hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn ! Sinh viên Trần Hoàng Nam CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Trong q trình đóng gói kiểm tra sản phẩm bị tác động nhiều yếu tố nên người khơng thể kiểm sốt hết tồn q trình , sản phẩm hồn thiện có số bị lỗi định mà số lượng sản phẩm sản xuất với số lượng lớn nên dùng sức người để liên tục loại bỏ sản phẩm lỗi Vì đa phần xí nghiệp điều thực dây chuyền sản xuất tự động hóa , khơng cịn sử dụng đến lao động tay chân nhiều Các mơ hình tự động hóa ngày hồn thiện sử dụng rộng rãi Với mục tiêu tiết kiệm thời gian nguồn lao động tay chân , tính kinh tế lâu dài Thành phần não mơ hình dây chuyền PLC ( Program Logic Controller) – Các dòng PLC ngày cải thiện đạt hiểu Dưới số ví dụ dây chuyền kiểm tra lỗi sản phẩm : + Nhà máy chiết suất đóng chai đồ uống Bạn muốn kiểm sốt chai nước khơng bị lẫn tạp chất, nắp khơng bị rị gỉ, lượng nước chiết suất phải đủ theo tiêu chuẩn Nếu không đạt phải loại bỏ Hình 1 : Dây chuyền kiểm đồ uống + Trên dây chuyền sản xuất bo mạch điện tử, bo mạch có nhiều linh kiện điện tử Bạn muốn kiểm soát xem có bị thiếu linh kiện khơng Nếu thiếu muốn loại bỏ bo mạch Hình : Dây chuyền kiểm tra bo mạch + Nhà máy sản xuất thuốc, q trình sản xuất đóng vỉ thuốc, Bạn muốn kiểm tra vỉ thuốc có đủ viên thuốc, viên thuốc đặt vào khơng bị vỡ…Nếu khơng đạt u cầu loại bỏ Hình : Dây chuyền kiểm tra thuốc 1.2 Mục tiêu cần đạt Vì thời gian hạn chế nên đề tài em thực việc thiết kế hệ thống đóng gói kiểm tra phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7 – 300 mô 3D phần mềm Factory I/O 1.3 Nội dung nghiên cứu Cơ sở lý thuyết S7 – 300  Phần cứng  Phần mềm  Các thiết bị ngõ , ngõ vào công nghiệp  Sơ đồ kết nối  Quy trình vận hành 1.4 Giới hạn đề tài - Mơ hình 3D - Code PLC s7-300 - Loại PLC , thiết bị ngõ vào ngõ CHƯƠNG : CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG HỆ THỐNG 2.1 Tổng quan dòng PLC S7 300 2.1.1 Tổng quan PLC S7 – 300 dòng sản phẩm cao cấp, dùng cho ứng dụng lớn với yêu cầu I/O nhiều thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng, có khả mở rộng cho sau Ngơn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền chọn lựa Đặc điểm bật S7 - 300 ngơn ngữ lập trình cung cấp hàm tốn đa dạng cho yêu cầu riêng, sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần Ngoài S7-300 xây dựng phần cứng theo cấu trúc Modul, nghĩa S7-300 có Modul tích hợp cho ứng dụng đặc biệt Modul PID, Modul Đọc xung tốc độ cao… 2.1.2 Các module PLC S7 300 Số lượng Modul sử dụng nhiều hay tuỳ theo tốn, song tối thiểu có Modul Modul CPU Các Modul cịn lại Modul nhận truyền tín hiệu với đối tượng điều khiển (I/O), Modul chức chuyên dụng PID, điều khiển động cơ… Chúng gọi chung Modul mở rộng Tất Modul gắn ray (Rack) (hình 2.1) Hình : Hệ PLC S7-300 * Modul CPU: Modul CPU loại Modul chứa vi xử lí, hệ điều hành, nhớ, thời gian, đếm, cổng truyền thơng (RS485) … Và cịn có vài cổng vào số Các cổng vào số CPU gọi cổng vào Onboard Trong họ PLC S7 - 300 có nhiều loại CPU khác nhau: CPU 312, CPU 314, CPU 315… * Các Modul mở rộng: Hình 2 : Các khối chức PLC S7-300 Các Modul mở rộng chia thành loại chính: - PS (Power Supply): Modul nguồn ni - SM (Signal Module): Modul tín hiệu vào/ra bao gồm: + DI (Digital Input) + DO (Digital Output) + DI/DO (Digital In /Output) + AI (Analog Input) + AO (Analog Output) + AI/AO (Analog In /Output) - IM (Interface Module): Modul ghép nối Đây loại Modul chuyên dụng có nhiệm vụ nối nhóm Modul mở rộng lại với thành khối quản lí chung module CPU: IM360: Truyền, IM361: Nhận FM (Function Module): Các Modul điều khiển riêng, điều khiển Servo, điều khiển PID…… - CP (Communication Module): Module truyền thông 2.1.3 Bộ nhớ PLC : Gồm vùng : * Vùng chứa chương trình ứng dụng : Được chia thành miền + OB (Organisation block): Miền chứa chương trình tổ chức + FC (Function): Miền chứa chương trình con, tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi liệu + FB (Function block): Miền chứa chương trình con, tổ chức thành hàm có khả trao đổi liệu với khối chương trình khác Các liệu phải xây dựng thành khối liệu riêng (Data Block khối DB) * Vùng chứa tham số hệ điều hành: Chia thành miền khác + I (Process image input): Miền liệu cổng vào số + Q (Process Image Output): Miền đệm liệu cổng số + M (Miền biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng biến để lưu giữ tham số cần thiết truy nhập theo Bit (M), byte (MB), từ (MW) hay từ kép (MD) + T (Timer): Miền nhớ phục vụ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu trữ giá trị thời gian đặt trước (PV-Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV – Current Value) giá trị Logic đầu thời gian + C (Counter): Miền nhớ phục vụ đếm bao gồm việc lưu trữ giá trị đặt trước (PV- Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV - Current Value) giá trị logic đầu đệm + PI: Miền địa cổng vào Modul tương tự (I/O External input) Các giá trị tương tự cổng vào modul tương tự module đọc chuyển tự động theo địa Chương trình ứng dụng truy cập miền nhớ PI theo Byte (PIB), từ PIW từ kép PID + PQ: Miền địa cổng cho module tương tự (I/O External Output) Các giá trị theo địa module tương tự chuyển tới cổng tượng tự Chương trình ứng dụng truy nhập miền nhớ PQ theo Byte (PQB), từ (PQW) theo từ kép (PQD) * Vùng chứa khối liệu: Chia làm loại + DB (Data Block): Miền chứa liệu tổ chức thành khối Kích thước số lượng khối người sử dụng quy định, phù hợp với toán điều khiển Chương trình truy nhập miền theo bit (DBX), byte (DBB), từ (DBW) từ kép (DBD) + L (Local data block): Miền liệu địa phương, khối chương trình OB, FC, FB tổ chức sử dụng cho biến nháp tức thời trao đổi liệu biến hình thức với khối chương trình gọi Nội dung khối liệu miền nhớ bị xố kết thúc chương trình tương ứng OB, FC, FB Miền truy nhập từ chương trình theo bit (L), byte(LB) từ (LW) từ kép (LD) 2.1.4 Cấu trúc chương trình Chương trình S7_300 lưu nhớ PLC vùng giành riêng cho chương trình lập với dạng cấu trúc khác * Lập trình tuyến tính: Tồn chương trình nằm khối nhớ Loại hình cấu trúc tuyến tính phù hợp với tốn tự động nhỏ, khơng phức tạp Khối chọn phải khối OB1, khối mà PLC quét thực lệnh thường xuyên, từ lệnh đến lệnh cuối quay lại lệnh * Lập trình có cấu trúc: Chương trình chia thành phần nhỏ phần thực thi nhiệm vụ chuyên biệt riêng nó, phần nằm khối chương trình khác Loại hình cấu trúc phù hợp với toán điều khiển nhiều nhiệm vụ phức tạp PLC S7 - 300 có loại khối sau: - Loại khối OB (Organization Block) : Khối tổ chức quản lí chương trình điều khiển Có nhiều loại khối OB với chức khác nhau, chúng phân biệt với số ngun sau nhóm kí tự OB Ví dụ: OB1, OB35, OB40, OB80, … - Loại khối FC (Program block): Khối chương trình với chức riêng giống chương trình hàm (chương trình có biến hình thức) Một chương trình ứng dụng có nhiều khối FC khối FC phân biệt với số ngun sau nhóm kí tự FC Ví dụ: FC1, FC2… - Loại khối FB (Function Block): Là loại khối FC đặc biệt có khả trao đổi lượng liệu lớn với khối chương trình khác Các liệu phhải tổ chức thành khối liệu riêng có tên gọi Data block Một chương trình ứng dụng có nhiều khối FB khối FB phân biệt với số ngun sau nhóm kí tự FB Ví dụ FB1, FB2… - Loại khối DB (Data Block): Khối chứa liệu cần thiết để thực chương trình Các tham số khối người dùng tự đặt Một chương trình ứng dụng có nhiều khối DB khối DB phân biệt với số ngun sau nhóm kí tự DB Ví dụ: DB1, DB2… Chương trình khối liên kết với lệng gọi khối, chuyển khối Xem phần chương trình khối chương trình S7 - 300 cho phép gọi chương trình lồng nhau, tức chương trình gọi chương trình khác từ chương trình gọi lại gọi tới chương trình thứ … Số lệnh gọi lồng phụ thuộc vào chủng loại module CPU mà ta sử dụng Ví dụ module CPU 314 số lệnh gọi lồng nhiều cho phép Nếu số lần gọi khối lồng mà vượt số giới hạn cho phép, PLC tự chuyển qua chế độ Stop đặt cờ báo lỗi 2.1.5 Một số lệnh a Nhóm lệnh logic + Lệnh gán : Dạng STL: = Dạng LAD: + Lệnh And: Ví dụ: A I 0.0 A I 0.1 Dạng STL: A A I 0.2 = Q 1.0 Dạng LAD: + Lệnh And Not : Ví dụ: A I 0.0 Dạng STL: AN AN I 0.1 A I 0.2 rộng modul Ví dụ hình trình bày việc thêm modul mở rộng 16 đầu vào, 16 đầu số + Slot 11: Khai báo Modul truyền thơng (CP-300) Nếu khơng nối mạng PLC slot để trống Xóa Modul cũ Thêm modul CPU khác Hình : Thêm modul Modul mở rộng SM323 16DI/16DO vào slot4 - Cách viết chương trình : Click đúp vào khối OB1 chọn ngơn ngữ thích hợp để lập trình - Để thuận tiện cho việc quản lý biến vào/ra ta gán Symbols cho chúng Từ cửa sổ viết chương trình OB1 vào Options >> Symbols Table Sau khai báo Symbols nhấn nút “Save” *Viết chương trình điều khiển : 3.2 Mô hệ thống Factory IO 3.2.1 Giới thiệu phần mềm Factory IO Hình 3 : Phần mềm Factory IO Phần mềm Factory IO Real game phần mềm mô dùng mô hệ thống PLC training kỹ lập trình PLC Ưu điểm: + Giao diện 3D, góc nhìn đa dạng ( hỗ trợ góc nhìn 1st game hành động ) + Kết nối đựơc nhiều loại PLC thực khác + Thiết kế xây dựng nhà máy với 30 loại linh kiện (cảm biến, băng chuyền, nút nhấn, pusher, elevator, robot arm…) linh kiện phong phú thêm thời gian tới + Mô tả hệ thống nhà máy ảo với sensors actuators (tín hiệu analog digital) + Đánh lỗi (pan) ngắn mạch hở mạch, phù hợp cho giảng dạy Các hệ thống xây dựng được: + Phân loại hàng hóa theo kích thước… + Nhà kho tự động… + Sắp xếp hàng lên palet… + Trạm cân, trạm buffer… + Vận chuyển hàng elevator… - Một số hình ảnh thành phần hệ thống : Hình : Băng truyền trục lăn động Hình : Băng tải động Hình : Tay đẩy Pusher Hình : Tay gạt Hình : Cảm biến phát vật Hình : Tủ điều khiển 3.2.2 Thiết kế hệ thống - Yêu cầu thiết kế : + Sử dụng PLC Siemens S7 300 với 16 ngõ vào 16 ngõ digital (ngõ vào ngõ số) + Sử dụng số nút nhấn ON , OFF, Reset Cùng với đèn báo trạng thái + Sử dụng cảm biến quang phát vật + Sử dụng chuyền trục lăn, băng tải, tay đẩy gạt sản phẩm lỗi với cánh tay trụ phân loại sản phẩm - B1 : Tiến hành kết nối PLC với phần mềm mô Chọn File => Driver => CONFIGURATION cài thơng số hình Cài đặt chọn thơng số hình : - Bước : Tiến hành ghép nối chân mô cách kéo thả Dock All Tag hình : - Bước : Quay trở hình chọn mục Palette window để xây dựng mơ hệ thống - Sau tiến hành ghép Palette window ta mơ sau : Hình 10 : Mơ hình tồn hệ thống Hình 11 : Cơng đoạn phân loại sản phẩm lỗi Hình 12: Cơng đoạn phân loại sản phẩm Hình 13 : Công đoạn cho sản phẩm vào Pallet 3.3.3 Kết chạy mơ hệ thống Hình 14 : Hệ thống thực việc chọn lọc sản phẩm Hình 15: Hệ thống băng tải phụ chờ Hình 16 : Tủ điều khiển KẾT LUẬN Sau thời gian nhận đề tài hoàn thành đồ án, thân em nhận thức nhiều điều : Về mặt kiến thức giúp cho em trau dồi lượng kiến thức đáng kể chuyên ngành học gợi nhớ kiến thức em trau dồi suốt q trình học mơn liên quan đến ngành tự động hóa , tìm hiểu thêm điều hữu ích mơn từ nhiều nguồn: thực tế, sách, internet, hướng dẫn từ thầy giúp đỡ bạn, đem kiến thức sau ứng dụng vào cơng việc sống Về mặt kỹ , em nắm nhiều kỹ bổ ích phân tích số liệu, trình bày vấn đề dạng văn bản, kỹ sử dụng phần mềm hỗ trợ TIA Portal ,Simatic , Factory I/O kỹ tìm kiếm thơng tin xử lý thơng tin từ nhiều nguồn Kiến thức lĩnh vực chuyên môn hay ngồi chun mơn vơ rộng lớn q giá biết sử dụng cách Bản thân em phải cố gắng để nắm vững vốn kiến thức trang bị nhà trường cần phải trang bị cho hành trang tri thức việc đọc sách báo, tài liệu kỹ thuật có liên quan đến chuyên ngành Đồng thời phải học hỏi thêm từ thầy cô, anh - chị người trước bạn bè thuộc lĩnh vực chun mơn Đó tất điều chung nhóm em rút sau hồn thành Chun đề thực tế Và em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Lê Văn Chung người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt đồ án TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu sách: [1] TS Nguyễn Duy Minh, (2013), Bài giảng trang bị điện, Trường ĐH CNTT&TT [2] PGS.TS Đặng Thiện Ngơn, (2013), Giáo trình Trang bị điện – Điện tử máy công nghiệp, NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh – 2012 [3] Vũ Quang Hồi, ( 2010), Giáo trình trang bị điện – Điện tử máy công nghiệp (Tập 1, 2), NXB GD Việt Nam ... chúng em trau dồi lượng kiến thức đáng kể ngành tự động hóa , nhu cầu cần thiết hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Lê Văn Chung em thực đồ án với đề tài “ Thiết kế dây chuyền kiểm tra lỗi sản phẩm? ??... chuyển Xy lanh gạt sản phẩm lỗi Băng tải vận chuyển Băng tải vận chuyển sản phẩm loại Băng tải vận chuyển sản phẩm loại Tay gạt sản phẩm Tay gạt sản phẩm Đèn cảnh báo khí hệ thống có cố Băng tải... trình sản xuất nhà máy trọng khâu kiểm tra sản phẩm xuất thị trường tiêu thụ nhằm đưa tới cho khách hàng tin cậy cao chất lượng , lắp đặt hệ thống dây chuyền sản xuất máy kiểm tra sản phẩm điều