Hình 4.1. Dây truyền đóng thùng bia lon.
4.1.1 Giới thiệu các thiết bị của dây truyền:
- Băng tải: Dây truyền gồm 2 băng tải lon và băng tải thùng, để vận chuyển lon bia và thùng và đúng vị trí cần điều khiển.
- Cảm biến: Dây gồm có các cảm biến sau
+ Cảm biến lon: Dùng để phát hiện lon bia di chuyển qua một vị trí xác định trước.
- Nút nhấn điều khiển: Gồm 3 nút nhấn Init, Start, Stop.
- Cơ cấu gắp bia: Thực hiện việc gắp bỏ bia vào thùng.
- Cơ cấu chặn bia: Dùng để các lon bia được dồn lại nhằm mục đích định vị cho cơ cấu gắp bia hoạt động chính xác
4.1.2 Nguyên tắc điều khiển:
- Khi nhấn Init dây truyền được reset lại trạng thái ban đầu, khi đó khi nhấn Start hệ thống mới bắt đầu hoạt động. Khi nhấn Stop nếu cơ cấu gắp bia đang hoạt động sẽ gắp xong lần gắp đó rồi hệ thống mới dừng lại.
- Trước khi điều khiển cần nhập vào giá trị thùng cần phải đóng, khi đó ấn nút Init để lặp lại trạng thái ban đầu cho hệ thống. Bấm Start hệ thống bắt đầu hoạt động, nếu có thùng tại vị trí đặt trước xác định nhờ cảm biến thùng thì băng tải thùng hoạt động đưa thùng vào vị trí nhận lon xác định lần lượt bởi cảm biến hàng, khi cảm biến hàng có tín hiệu thì băng tải bia hoạt động đồng thời ngắt băng tải thùng. Khi cảm biến lon đếm đủ 6 lon thì băng tải bia bị ngắt, sau thời gian 3 s để bia dồn lại nhờ cơ cấu chặn bia thì cơ cấu gắp lon bia bắt đầu hoạt động. Sau khi bỏ xong 6 lon bia vào thùng thì băng tải thùng lại được cấp điện và hoạt động cho đến khi gặp cảm biến hàng mới khi quá trình được lặp lại như trên cho đến khi đủ 24 lon, nếu số thùng bỏ được nhỏ hơn giá trị thùng đã đặt và khi có thùng mới thì dây truyền hoạt động theo chu kỳ như trên.
4.1.3 Mô tả hoạt động của cơ cấu gắp lon bia:
Ban đầu cơ cấu gắp lon bia ở vị trí trên cùng bên trái, xác định được nhờ 2
cảm biến trái và cảm biến trên. Khi hoạt động thì cơ cấu gắp lon bia đầu tiên sẽ đi xuống và gắp các lon bia trong thời gian trong thời gian 10s sau đó cơ cấu đi lên, khi cảm biến trên có tín hiệu cơ cấu quay sang phải, khi cảm biến phải
gian 5s. Sau khi bia được bỏ vào thùng thì cơ cấu lại quay sang trái và dừng lại khi cảm biếntrái nhận tín hiệu để chuẩn bị cho lần tiếp theo.
4.2 Lựa chọn thiết bị: 4.2.1Chọn cảm biến:
*Chọn cảm biến phát hiện thùng:
Cảm biến phát hiện thùng carton trên dây chuyền là cảm biến quang dạng thu phát chung có gương phản xạ
Cảm biến quang dạng thu phát chung gồm phần phát và phần thu:
+ Phần phát gồm một Led phát hồng ngoại hoặc Led phát Laser có vai trò như một nguồn phát sáng được đặt ngay tại tiêu điểm của thấu kính hội tụ phát nhằm mục đích tạo
ra chùm tia sáng hẹp để chiếu đến phần thu. Hình 4.2 ứng dụng phát hiện thùng
+ Phần thu gồm một transistor quang đặt ngay tại tiêu điểm của thấu kính hội tụ nhằm mục đích tập trung ánh sáng rọi vào transistor. Transistor quang thu được nối vào mạch để tạo mức logic ở ngỏ ra.
- Chọn cảm biến quang E3F3 R61 vì có
giá thành thấp và dễ sử dụng. Hình 4.3.cấu tạo cảm biến quang thu phát chung
- Thông số kỹ thuật :
+ Vỏ nhựa, hình trụ D=18, gọn, tiết kiệm không gian. + Thời gian đáp ứng: 2.5 ms (max).
+ Nguồn cấp: từ 12 đến 24VDC.
+ Dây được nối sẵn (pre-wired) dài 2m.
+ Có đèn báo khi sensor hoạt động (màu cam) . + Hoạt động ở chế độ Light-On hoặc Dark-On + Có mạch bảo vệ chống ngắn mạch và nối ngược cực .
+ Độ nhạy có thể chỉnh được.
+ Loại phản xạ gương . Hình 4.4. Cảm biến E3F3 R61. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Khoảng cách 2m. + Ngõ ra NPN-NO.
*Cảm biến lon:
Cảm biến phát hiện lon bia di chuyển trên băng chuyền là cảm biến tiệm cận loại từ cảm.
- Khái niệm: Cảm biến tiệm cận là cảm
biến có thể phát hiện sự có mặt của vật thể ở cự ly gần mà không cần tiếp xúc trực Hình 4.5. Ứng dụng phát hiện lon
tiếp với đầu cảm biến. - Nguyên lý hoạt động: Cuộn dây nằm phía trước của cảm biến tạo ra một từ trường tần số cao. Khi vật thể bằng kim loại tiếp cận với từ trường này, một dòng điện cảm ứng( dòng điện xoáy) sẽ xuất
hiện bên trong vật theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi vật kim loại này càng
biến, dòng cảm ứng này càng tăng lên, tải trên mạch dao động tăng dẫn đến biên độ dao động giảm. Cảm biến xác định sự thay đổi trạng thái dao động này và tác động đầu ra. Mức độ thay đổi biên độ dao động phụ thuộc vào bản chất kim loại do đó khoảng cách phát hiện sẽ thay đổi tùy thuộc vào kim loại làm vật là gì.
-Chọn cảm biến E2A-M12KN08-M1C1
Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý hoạt động -Thông số kỹ thuật:
+ Đầu ra: NPN, NO.
+Khoảng phát hiện : 8mm.
+Phát hiện vật : Kim loại. +Kích cỡ đường kính : M12.
+Nguồn: 12- 24 VDC. Hình 4.8 .Cảm biến E2A-M12KN08-M1C1
4.2.2 Chọn băng tải:
- Chọn động cơ cho băng tải
Sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc có gắn phanh từ. Với mục đích để thắng gấp động cơ băng tải thùng khi cần tắt động cơ.
- Chọn băng tải: Trong các dây chuyền sản xuất bia và thực phẩm đóng hộp thường dùng băng tải xích nhựa. Hình 4.9. động cơ 3 pha có gắn phanh từ.
Hình 4.10 Băng tải dùng để vận chuyển thùng bia.
4.2.3 Chọn công tắc tơ:
- Khái niệm: công tắc tơ là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa tự động hoặc bằng nút ấn các mạch điện động lực có phụ tải điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A.
- Cấu tạo công tắc tơ điện xoay chiều:
1-2: tiếp điểm thường mở. 3- cuộn dây.
4- phần ứng. 5- tay đòn.
6-7: tiếp điểm thường đóng.
8- công tắc. Hình 4.11. cấu tạo công tắc tơ điện xoay chiều
9- lò xo . 10- vành ngắn mạch
- Nguyên lý làm việc: khi ta đóng công tấc 8 cuộn dây 3 có điện hút cần thép 4(phần ứng) làm tiếp điểm 1 và 2 tiếp xúc nhau dòng điện cấp cho tải đi từ nguồn tiếp điểm 1 tiếp điểm 2 tải.
Muốn cắt mạch điện cấp cho tải thì chỉ cần ngắt công tắc 8 cuộn dây nam châm 3 mất điện dưới tác dụng của lò xo 9 kéo cần thép 4 làm cho tiếp điểm 1 và 2 tách ra. Ngoài ra còn có tiếp điểm 7 của rơle nhiệt mắc nối tiếp với cuộn hút 3 để tự ngắt mạch khi bị quá tải.
- Chọn công tắc tơ cho động cơ 3 pha roto lồng sóc với công suất động cơ nhỏ hơn 3 kw. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Chọn công tắc tơ 3RT1015-1AB02 có thông số kỹ thuật như sau:
+ Số cực: 3. + Dòng định mức: 7A.
+ Sử dụng cho động cơ có công suất: 3 kw. + Điện áp cuộn dây: 24V, 50/60Hz.
+ Size: S00(gắn trên thanh ray chuẩn 35mm). + Tiếp điểm phụ: NO.
+ Có bảo vệ chống ngắn mạch cho công tắc tơ. Hình 4.12 Công tắc tơ 3RT1015
+ Có phần tử dập tia lửa điện.
+ Tiêu chuẩn: (IEC 947, EN 60947).
4.2.4 Lựa chọn relay:
- Khái niệm: Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của
- Trong công nghiệp thường sử dụng rơle điện từ.
Hìn h
4.13. Sơ
đồ
khối của rơle điện từ. - Nguyên lý làm việc của rơle điện từ: Khi cấp dòng điện vào cuộn dây hút 4 sẽ biến lõi thép 1 trở thành nam châm điện có từ lực thắng được lực căng lò xo 3 hút phần ứng 2 làm cho cặp tiếp điểm thường đóng mở ra, thường mở đóng lại. Khi cắt dòng điện đầu vào cuộn dây hút nhờ lò xo 3 kéo các tiếp
điểm và phần ứng trở lại trạng thái ban đầu. Hình 4.14. Cấu tạo rơle điện từ.
- Chọn rơle cho cơ cấu găp lon bia là các động cơ điện một chiều có công suất không quá lớn vì vậy có thể chọn rơle kiếng 24 VDC 3A, hãng Omron.
- Thông số kỹ thuật:
+ 4 bộ tiếp điểm 3A.
+ Nguồn 24VDC. Hình 4.15. rơle kiếng MY4N DC2.4
+ Có led hiển thị . + Phụ kiện: Socket PYF14A-N.
4.3 Sơ đồ kết nối và xây dựng giản đồ Grafcet cho dây truyền:4.3.1 Sơ đồ kết nối các thiết bị với PLC: 4.3.1 Sơ đồ kết nối các thiết bị với PLC:
- Sử dụng PLC S7-300 có modul CPU 314C-2 DP với thông số kỹ thuật:
+ Đầu vào số tích hợp sẵn: 24DI. + Đầu ra số tích hợp sẵn: 16DO. + Đầu vào tương tự tích hợp sẵn: 4 . AI, 1 Pt100. + Đầu ra tương tự tích hợp sẵn: 2 AO. + Bộ đếm tốc độ cao: 4 x 60 KHz. + DP INTERFACE. + Nguồn cung cấp: 24 VDC.
+ Working memory: 64 Kbyte . Hình 4.16. modul CPU 314C-2DP. - Các thiết bị sử dụng để kết nối với cổng vào của PLC là các nút nhấn và cảm biến tiệm cận loại từ cảm và cảm biến quang trên CPU 314-2 DP có 24 DI nên ta sẽ sử dụng các cổng vào số này mà không cần có Modul mở rộng. Các thiết bị được kết nối theo sơ đồ như hình 4.17.
- Các thiết bị sử dụng để nối với cổng ra của PLC là các rơle công tắc tơ ta cũng sử dụng 16 DO đã tích hợp sẵn trên modul CPU 314-2 DP(hình 4.17)
- Mạch động lực cho 2 động cơ băng tải thùng kết nối với các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ như hình 4.18. Mạch động lực băng tải bia cũng tương tự như mạch băng tải thùng.
- Mạch động lực để điều khiển động cơ điện một chiều tạo chuyển động lên xuống của cơ cấu gắp lon bia kết nối với 2 rơle được thể hiện như hình 4.19. Tương tự như mạch động lực áp dụng cho chuyển động quay trái phải của cơ cấu gắp bia.
Hình 4.17. Sơ đồ kết nối PLC với các thiết bị vào ra của dây truyền
- Mạch động lực cho
động cơ băng tải và (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
động cơ của cơ cấu gắp
lon bia:
Hình 4.19. Mạch động lực đảo chiều
động cơ cơ cấu gắp bia.
Three-Phase Motor TH TH TH MOTOR + - X X L L
Hình 4.19. Mạch động lực đảo chiều động cơ cơ cấu gắp bia.
4.3.2. Xây dựng giản đồ Gracfet:
- Bảng 4.1. địa chỉ các biến vào ra.
B Q 0.1 BOOL dong co bang tai bia
CL I 1.0 BOOL cam bien lon bia
CP I 0.4 BOOL cam bien phai
CT I 0.3 BOOL cam bien tren
CTa I 0.5 BOOL cam bien trai
CTH I 1.1 BOOL cam bien bao co thung FF-B M 4.7 BOOL FF-L M 5.1 BOOL FF-P M 5.2 BOOL FF-TH M 4.6 BOOL FF-TR M 5.3 BOOL FF-X M 5.0 BOOL
giatridat MW 8 WORD dat vao gia tri thung can dong
H1 I 1.2 BOOL cam bien hang 1
H2 I 1.3 BOOL cam bien hang 2
H3 I 1.4 BOOL cam bien hang 3
H4 I 1.5 BOOL cam bien hang 4
Init I 0.0 BOOL
L Q 0.3 BOOL
sothung MW 6 WORD
Start I 0.1 BOOL nut khoi dong he thong Stop I 0.2 BOOL nut dung he thong
TH Q 0.0 BOOL dong co bang tai thung
TR Q 0.5 BOOL co cau quay trai
X Q 0.2 BOOL co cau chuyen dong xuong
- Giản đồ Gracfet cho cơ cấu gắp bia:
CHƯƠNG V: KIỂM TRA TÍNH KHẢ THI CỦA HỆ THỐNG BẰNG CÔNG CỤ MÔ PHỎNG PLC SIM VÀ PHẦN MỀM GIÁM SÁT WINCC 5.1 Kiểm tra tính khả thi của hệ thống bằng công cụ mô phỏng PLC SIM:
- Sau khi viết chương trình kích chuột vào biểu tượng ở cửa sổ SIMATIC MANAGER để khởi động công cụ PLC SIM. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Sau khi khởi động PLC SIM ta có thể thêm vào các cổng vào ra các biến time, counter… để quan sát sự thay đổi giá trị của các biến này khi tiến hành mô phỏng.
Hình 5.1. Giao diện công cụ PLC SIM khi thêm các biến.
- Tiến hành download chương trình bằng cách nhấp chuột vào biểu tượng download ở cửa sổ viết chương trình.
Hình 5.2. Download chương trình từ cửa sổ viết chương trình xuống PLC SIM -.Trước khi chạy chương trình nên kích chuột vào mode MRES để Reset tất cả các giá trị hiện thời về 0, sau đó nhấn mode RUN-P để quan sát chương trình
5.2 Giám sát hệ thống bằng phần mềm WINCC:
5.2.1 Các nhóm Tag và Tag đã tạo trong chương trình:
- Để giám sát quá trình hoạt động của hệ thống ta phải lập các nhóm Tag và Tag tương ứng với các thiết bị trên dây truyền.
- Các nhóm Tag dùng trong chương trình gồm có: Nhóm Tag điều khiển, nhóm Tag số lượng, nhóm Tag cảm biến, nhóm Tag băng tải, nhóm Tag của cơ cấu gắp bia.
* Nhóm Tag điều khiển: gồm các tag Init, Start, STop
Hình 5.4. Nhóm tag điều khiển * Nhóm Tag số lượng:
* Nhóm Tag cảm biến:
Hình 5.6. Nhóm tag cảm biến
* Nhóm Tag băng tải:
Hình 5.7. Nhóm tag băng tải * Nhóm Tag cơ cấu gắp bia:
5.2.2 Các giao diện của chương trình:
Trong quá trình thực hiện sử dụng phần mềm PLC SIM để tạo PLC giả kết nối với WinCC. Thông qua PLC SIM lập trình thực hiện như mô phỏng, chính nhờ điều này làm cho chương trình chạy như khi kết nối với PLC dây truyền thật.
* Màn hình thông tin:
Khi chạy chương trình đầu tiên sẽ hiện ra màn hình thông tin cung cấp các thông tin cần thiết như giới thiệu người điều khiển tên dây chuyền…
Bấm ENTER để vào màn hình chính, EXIT để thoát ra.
*Màn hình Main:
- Khi bấm Enter ở màn hình thông tin ban đầu ta sẽ nhìn thấy màn hình chính của dây truyền.
- Màn hình Main là màn hình nhìn tổng thể của dây truyền từ màn hình Main này ta có thể lựa chọn các màn hình giao diện khác.
- Trong thiết kế các giao diện màn hình thì màn hình Main là màn hình cần có vì thông qua màn hình này người vận hành có thể xem các màn hình khác và vẫn xem được sự hoạt động của toàn dây truyền.
*Màn hình hướng dẫn:
- Trước khi điều khiển dây truyền người điều khiển có thể tham khảo nguyên tắc điều khiển và một số thông tin cần thiết về dây truyền qua đoạn video ở màn hình hướng dẫn.
- Màn hình hướng dẫn cũng là màn hình nên được chú trọng khi thiết kế vì thông qua màn hình hướng dẫn người vận hành có thể nắm được các thao tác và nguyên lý làm việc, nguyên tắc điều khiển của hệ thống dây truyền.
*Màn hình điều khiển:
- Đây là một trong những màn hình hầu như không thể thiếu được khi thiết kế giao diện hệ thống dây truyền trong WinCC, màn hình cho phép người vận