Mô hình điều khiển và giám sát hệ thống máy cắt tôn tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - TRUYỀN THƠNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TÔN TỰ ĐỘNG GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT SVTH: TRẦN CÔNG THIỆN MSSV: 11141422 SKL004162 Tp Hồ Chí Minh, tháng 2/2016 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MƠN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TÔN TỰ ĐỘNG GVHD: Th.s Nguyễn Trần Minh Nguyệt SVTH: Trần Công Thiện MSSV : 11141422 Lớp : 11141DT2B Tp Hồ Chí Minh - 2/2016 PHẦN A i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên: Hoàng Thiên Toàn MSSV: 11141220 Email: 11141220@student.hcmute.edu.vn Tel: 0989303264 Họ tên: Trần Công Thiện MSSV: 11141422 Email: thientranpro1993@gmail.com Tel: 01669016558 2.Thông tin đề tài Tên đề tài: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TÔN TỰ ĐỘNG Mục đích đề tài: xây dựng mơ hình, giao diện thu thập liệu, điều khiển, giám sát hệ thống máy cắt tôn tự động Đồ án tốt nghiệp đƣợc thực tại: Bộ môn Điện Tử Công Nghiệp, Khoa Điện Điện Tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh Thời gian thực hiện: Từ ngày18/10/2015 đến15/1/2016 3.Các nhiệm vụ cụ thể đề tài - - Nghiên cứu tài liệu hệ thống băng tải điều khiển máy cắt tôn - Nghiên cứu tài liệu PLC S7-200 WINCC, thiết bị công nghiệp Nghiên cứu đề tài, cơng trình khoa học máy cắt thép tấm, bao bì… để có hƣớng phát triển đề tài - Thiết kế thành cơng mơ hình máy cắt tơn - Hồn thành báo cáo 4.Lời cam đoan sinh viên Chúng tơi – Hồng Thiên Tồnvà Trần Cơng Thiện cam đoan ĐATN cơng trình nghiên cứu thân chúng tôidƣới hƣớng dẫn thạc sỹ Nguyễn Trần Minh Nguyệt Các kết công bố ĐATN trung thực khơng chép từ cơng trình khác Tp.HCM, ngày 15 tháng năm 2016 SV thực đồ án Trần Công Thiện Tp.HCM, ngày tháng Xác nhận Bộ Môn năm 2016 Giáo viên hƣớng dẫn ThS Nguyễn Trần Minh Nguyệt ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT N Họ tên sinh viên 1: Hoàng Thiên Toàn Lớp: 11141DT1D Họ tên sinh viên 2: Trần Công Thiện Lớp:11141DT2B Tên đề tài: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁTHỆ THỐNG MÁY CẮT TƠN TỰ ĐỘNG Tuần/ngày Tiế Tìm Ngh Tiế 10 Hoà 11 Viế 12 Tiế 13 Chƣ Lắp 14 15 Tiế 16 Hoà 17 Hoà ThS Nguyễn Trần Minh Nguyệt iii LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu làm việc nghiêm túc, đến đồ án tốt nghiệp với đề tài: “MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TƠN TỰ ĐỘNG” hồn thành đạt đƣợc kết theo mục tiêu đề Trong q trình thực hiện, em gặp khơng khó khăn vƣớng mắt, đồng thời qua học hỏi đƣợc thêm nhiều kinh nghiệm bổ ích Với giúp đỡ tận tình q Thầy Cơ bạn tạo điều kiện để nhóm thực đồ án cách tốt Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Nguyễn Trần Minh Nguyệt - Giảng viên môn Điện Tử Công Nghiệp, lời cám ơn sâu sắc đến thầy cô mơn trực tiếp hƣớng dẫn tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài Em xin gởi lời chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện-Điện Tử nhƣ Trung Tâm Thực Hành Cơ Điện – Tự Động Hóa TECH GARDEN tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Em gửi lời đồng cảm ơn đến bạn lớp 11141DT2B chia sẻ trao đổi kiến thức nhƣ kinh nghiệm quý báu thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Ngƣời thực đề tài Trần Công Thiện iv LỜI NĨI ĐẦU Ngày biết rõ cơng nghệ PLC đóng vai trị quan trọng lƣợng làm não cho phận tự động hóa giới hóa Do điều khiển logic khả lập trình (PLC) cần thiết kỹ sƣ điện, điện tử nhƣ nhƣ kỹ sƣ khí, từ giúp họ nắm đƣợc phạm vi ứng dụng rộng rãi kiến thức PLC nhƣ ứng dụng thông thƣờng Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đƣợc giao nhiệm vụ nghiên cứu với đề tài: “MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TÔN TỰ ĐỘNG.” Đây đề tài khơng hồn tồn nhƣng phù hợp với thực tế sản xuất nay, sâu nghiên cứu thấy hấp dẫn thấy đƣợc vai trị điều khiển tự động Tuy nhiên để lập trình thành cơng PLC cịn địi hỏi tầm hiểu biết định khí, tin học… nên em gặp khơng khó khăn mặt thời gian Xác định rõ nhiệm vụ nên em cố gắng hết sức, khắc phục khó khăn, tập trung tìm hiểu, học hỏi giáo hƣớng dẫn thầy khác mơn Ngồi phải trang bị thêm kiến thức tin học khí để giải đƣợc nhiệm vụ đề Kết thu đƣợc chƣa nhiều hạn chế kiến thức, thời gian, kinh nghiệm nhƣng giúp em có thêm kiến thức đề sau trƣờng có tảng để tiếp cận đƣợc với cơng nghệ Trong q trình thực đồ án kiến thức em có hạn, nên nội dung đồ án không tránh khỏi sai sót Vì em mong đƣợc bảo góp ý thầy nhƣ ngƣời quan tâm đến vấn đề v MỤC LỤC NỘI DUNG PHẦN A: GIỚI THIỆU NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC LIỆT KÊ HÌNH VẼ LIỆT KÊ BẢNG TÓM TẮT ĐỒ ÁN PHẦN B: NỘI DUNG CHƢƠNG I DẪN NHẬP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.5 DÀN Ý 1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.7 Ý NGHĨA ĐỀ TÀI CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY CẮT TÔN………………………………………….Error! Bookmark not defined 2.1.1 Máy cắt thông thƣờng 2.1.2 Máy cắt tự động 2.2 GIỚI THIỆU SƠ LƢỢC VỀ PLC 2.2.1 Giới thiệu tổng quát họ PLC S7 2.2.2 Cấu hình vào S7-200 CPU224 2.2.3 Những khái niệm sở PLC S7-200 2.2.3.1 Khái niệm vòng quét PLC 2.2.3.2 Phân chia vùng nhớ S7-200 2.2.4 Lựa chọn ngơn ngữ lập trình 2.3 KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ BƢỚC 2.3.1 Phân loại cấu tạo 2.3.2 Động bƣớc nam châm vĩnh cữu vi 2.3.3 Động biến từ trở Error! Bookmark not defined 2.3.4 Động bƣớc lai Error! Bookmark not defined.5 2.3.5 Động bƣớc 2- phase lai Error! Bookmark not defined.5 2.3.6 Nguyên lý hoạt động động bƣớcError! Bookmark not defined.7 2.4 MẠCH DRIVER ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƢỚC 17 2.4.1 Giới thiệu chung mạch driver Error! Bookmark not defined.7 2.4.2 Cấu trúc module điều khiển động bƣớc TB6560 Error! Bookmark not defined.8 2.4.2.1 Sơ đồ khối Error! Bookmark not defined.8 2.4.2.2 Chức khối Error! Bookmark not defined.8 2.4.2.3 Sơ đồ kết nối với mạch điều khiển Error! Bookmark not defined.0 2.5 TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ DC Error! Bookmark not defined.0 2.5.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined.0 2.5.2 Nguyên ký làm việc Error! Bookmark not defined.0 2.5.3 Điều chỉnh tốc độ Error! Bookmark not defined.1 2.6 CẢM BIẾN Error! Bookmark not defined.2 2.6.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined.2 2.6.2 Nối dây cho cảm biến Error! Bookmark not defined.2 2.6.3 Cảm biến EE-SX673A Error! Bookmark not defined.4 2.7 KHÁI QUÁT VỀ ENCODER Error! Bookmark not defined 2.7.1 Cấu tạo Encoder Error! Bookmark not defined.5 2.7.2 Nguyên lý Error! Bookmark not defined.6 2.7.3 Encoder E6A2-CW3C Error! Bookmark not defined.7 2.8 CÁCH KẾT NỐI PLC VÀ GIAO TIẾP MÁY TÍNH Error! Bookmark not defined.8 2.8.1 Cách chọn cổng giao tiếp 28 2.8.2 Thiết lập địa cho PLC .Error! Bookmark not defined.0 2.8.3 Chạy thử, kiểm tra Error! Bookmark not defined.1 2.9 GIỚI THIỆU VỀ PC ACCESS 31 2.9.1 Tạo kết nối cho PLC 31 2.9.2 Tạo mục Item 33 2.9.3 Chạy thử, kiểm tra 34 2.10 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ WIN CC 34 2.10.1 Giới thiệu phần mềm WinCC (Siemens) 34 2.10.2 Cấu hình WinCC 37 vii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Hình 4.4 Kết cắt lần loại Hình 4.5 Kết cắt lần 2loại CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THI CÔNG Trang 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Hình 4.6 Kết cắt lần loại Hình 4.7 Kết cắt lần loại CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THI CÔNG Trang 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Hình 4.8 Kết cắt lần loại Bảng tóm tắt: CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THI CƠNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Dữ liệu cắt thử nghiệm 10 loại 2, hiển thị sau: Hình 4.9: Kết cắt lần loại Hình 4.10 Kết cắt lần loại CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THI CÔNG Trang 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Hình 4.11 Kết cắt lần loại Hình 4.12 Kết cắt lần loại CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THI CÔNG Trang 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Bảng tóm tắt: Cắt 10 loại (60 Cm) Bảng 4.2 Dữ liệu cắt thử nghiệm 10 loại Dữ liệu cắt thử nghiệm 10 loại 3, hiển thị sau: Hình 4.13 Kết cắt lần loại CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THI CÔNG Trang 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT Hình 4.14 Kết cắt lần loại Hình 4.15: Kết cắt lần loại Bảng tóm tắt: CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THI CÔNG Trang 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bảng 4.3 Dữ liệu cắt thử nghiệm 10 loại Nhận xét kết quả: Mơ hình hoạt động gần giống nhƣ hệ thống thực Các trình vận hành nhƣ hệ thống thực đƣợc mơ đầy đủ Mơ hình hoạt động chƣa đƣợc nhƣ ý kết cấu khí hệ thống dao cắt khơng cắt đƣợc tơn nên dùng bút để vẽ mô Do chƣa xác định đƣợc vị trí đặt tơn cho xác nên phát cắt đầu bỏ, làm tốn nguyên liệu Việc điều khiển tốc độ động hàm phát xung PTO nên trọng lƣợng tôn cuộn nặng , bề dày tôn bị thay đổi, hay bánh rang khơng đƣợc mƣợt, tốc độ động bị thay đổi, dẫn đến sai số không mong muốn Bàn luận kết quả: Giải pháp đƣợc đƣa để xử lý sai số tốc độ động khơng đƣợc ổn định là: Sử dụng thuật toán PID điều khiển tốc độ động Nhƣ biết Bộ điều khiển PID điều khiển vịng kín đƣợc sử dụng rộng rãi công nghiệp Sử dụng điều khiển PID để điều chỉnh sai lệch giá trị đo đƣợc hệ thống (process variable) với giá trị đặt (setpoint) cách tính tốn điều chỉnh giá trị điều khiển ngõ Với giải pháp em sử dụng điều khiển PID cho động mơ hình Đầu tiên em sử dụng PID cho động băng tải, từ lấy đƣợc giá trị CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THI CÔNG Trang 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP điều khiển ngõ ra, giả sử ngõ lúc 1, ta lấy giá trị đặt setpoint cho PID động dao cắt GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT thực đƣa vào hàm tính tốn theo cơng thức nói chƣơng = sin ta có đƣợc 2là giá trị Từ giải pháp trên, có tác nhân vật lý xảy tốc độ đông hoạt động ổn định giải đƣợc sai số sản phẩm tạo thành CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ THI CÔNG Trang 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Trang 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT 5.1 KẾT LUẬN 5.1.1 Đánh giá Vì thời gian hạn chế nên nhóm thực tìm hiểu phân tích vấn đề liên quan đến đề tài thực hiện, thân đề tài nhiều vấn đề chƣa giải đƣợc nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Tuy vậy, nhóm tự đánh giá q trình thực nhƣ sau: -Thành công việc thiết kế máy cắt tơn có khả ứng dụng vào thực tế - Áp dụng đƣợc kiến thức học vào trình thực tạo sản phẩm phục vụ nhu cầu sống kiến thức vi điều khiển - Nghiên cứu, học hỏi đƣợc nhiều kinh nghiệm kiến thức bổ ích, khám phá thêm vấn đề đặc biệt cách thức tìm tài liệu - Khả giải vấn đề lúc khó khăn - Chƣa xử lý đƣợc sai số hệ thống - Chƣa cắt đƣợc tôn mô cắt giấy bìa cứng 5.1.2 Ưu điểm khuyết điểm sản phẩm Sau bốn tháng nghiên cứu thực đề tài: “Mơ hình điều khiển giám sát hệ thống máy cắt tơn tự động”, nhóm thực hoàn thành sản phẩm đáp ứng đƣợc mục tiêu đặt với ƣu, khuyết điểm nhƣ sau: Ưu điểm: thực tế -Sản phẩm hoạt động tƣơng đối ổn định, có khả ứng dụng cao vào - Khi số yếu tố thay đổi, hệ thống tự cập nhật, đƣa liệu lên giao diện winCC - Ngƣời sử dụng giám sát đƣợc giá trị số lƣợng nhƣ kích thƣớc tơn xa máy với máy tính - Thiết kế gọn, nhẹ, thẩm mĩ - Giá thành rẻ nhiều so với sản phẩm hành thị trƣờng Khuyết điểm: - muốn -Vẫn thiếu số yếu tố sai số tín hiệu hồi tiếp… Đề tài chƣa truyền tải hết đƣợc mà thực tế hệ thống cắt tơn tự động mong - Chƣa có hệ thống phát cố cảnh báo xử lý cho hệ thống 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI -Thiết kế hệ thống khí giống với thực tế sử dụng dao cắt laser - - Sử dụng thuật toán PID để nhằm sử lý sai số Thiết kế sử dụng thêm HMI dựa mạng profibus cho mơ hình linh hoạt ứng dụng thực tế - Sử dụng hệ thống dự phòng PLC CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Trang 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT -Điều khiển hệ thống thông qua mạng Lan mạng Wireless - Sử dụng Encoder động dao cắt để xử lý gặp cố CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Trang 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT PHẦN C CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Trang 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: ThS NGUYỄN TRẦN MINH NGUYỆT TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Giáo Trình Điều Khiển Lập Trình Th.Tạ Văn Phƣơng [2] Giáo Trình Đo Lƣờng Cảm Biến Th.Lê Chí Kiên [3] Giáo Trình Điện Tử Cơ Bản [4] Giáo Trình Thiết Bị Điện Lê Chí Kiên [5] WinCC Configuration Manual cơng ty Siemens [6] Simatic s7-200 Programmable Controller System Manual công ty Siemens [7] Slot-type Photomicrosensor with connector or pre-wired models (Nonmodulated) EE-SX47/67 công ty OMRON CÙNG MỘT SỐ TRANG WEB HỖ TRỢ: Trang chủ plcvietnam: http://plcvietnam.com.vn/forum/ Các trang web liên quan đến cảm biến, Driver, động bƣớc [1] http://www.instructables.com/id/TB6560-Microstepping-Bipolar- Chopper-Stepper-Motor/ [2] https://www.ia.omron.com/product/item/2347/ [3] http://www.nidec-servo.com/en/digital/c_ste/ [4] https://support.industry.siemens.com/cs/document/19623808/positioning- wizard-for-pto-pwm-in-step-7-micro-win-v4-0?dti=0&lc=en-WW [5] http://banlinhkien.vn CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Trang 75 ... Tên đề tài: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TƠN TỰ ĐỘNG Mục đích đề tài: xây dựng mơ hình, giao diện thu thập liệu, điều khiển, giám sát hệ thống máy cắt tôn tự động Đồ án tốt... tài “MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG MÁY CẮT TƠN TỰ ĐỘNG” Các giá trị kích thƣớc, số lƣợng tơn đƣợc bạn nhập từ máy tính, liệu đƣợc truyền xử lý PLC S7-200 điều khiển máy cắt hoạt động. .. hoạt động hệ thống đƣợc hiển thị lại lên hình để giám sát hệ thống đƣợc dễ dàng Đề tài mà chúng emthực ví dụ máy cắt tôn động, khoảng thời gian nhƣ nhau, số lƣợng tôn cắt từ máy cắt tôn động