2.3.1 Tìm hiểu về webserver
Webserver là một tính năng được hỗ trợ bởi hãng Siemen , cho phép cho người vận hành có thể điều khiển và giám sát hoạt động PLC từ xa thông qua một trình duyệt web, truy cập thông qua Standard Page hoặc User Page.
2.3.1.1 Truy cập vào Web Server
❖ Kích hoạt Web Server.
- Mở TIA vào phần Device Configuration để thiết lập giao diện chính trong Web server.
- Trong giao diện cửa sổ đó chọn vào mục Properties chọn mục web sever. - Check vào mục “Enable Web server on this module” thì chương trình sẽ
tự động check vào “Enable” phần Automatic update.
- Có thể nhúng trang web riêng của mình vào trang web chuẩn ở mục “Userdefined Web pages”.
❖ Truy cập trang Web Server.
- Truy cập các trang web chuẩn từ máy tính:
- Máy tính và CPU S7-1200 phải đƣợc liên kết với nhau bằng mạng cục bộ hoặc kết nối trực tiếp với nhau bằng cáp chuẩn Ethernet.
- Mở một trình duyệt web và nhập vào địa chỉ IP của CPU S7-1200. Trình duyệt web sẽ mở ra trang giới thiệu về S7-1200
16
- Để tăng thêm tính bảo mật an toàn khi truy cập tới web chuẩn chúng ta có thể sử dụng https:// thay vì http://
- Giao diện của trang web chuẩn:
- Màn hình chào mừng vào web chuẩn của S7-1200.
Hình 2.7: Giao diện Webserver
17
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Yêu cầu của hệ thống
−Yêu cầu về phần cơ khí: Phần cơ khí được xây dựng và lắp đặt với tiêu chí đề cao sự chắc chắn, chính xác, độ ổn định cũng như đảm về vấn đề vệ sinh nhằm nâng cao tuổi thọ và hạn chế tối đa các lỗi có thể xảy ra của mô hình.
− Với các tiêu chí về phần cơ khí và yêu cầu của đồ án, mô hình hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp tự động được xây dựng với 4 khâu chính.
+ Khâu cấp lon: Lon trống được đặt trong 1 ống hình tròn, cơ cấu cấp lon được thực hiện bởi 1 xylanh đẩy đưa lon từ ống đến băng tải chính.
+ Khâu chiết rót: Gồm 1 xylanh chặn lon cố định vị trí, 4 cảm biến lưu lượng đọc xung tốc độ cao kết hợp 4 van điện từ đóng mở dòng chảy màu sơn pha đảm nhiệm việc rót sơn vào lon theo đúng với tỉ lệ màu.
+ Khâu đóng nắp và cấp nắp: Gồm 1 xylanh cố định vị trí, 1 xylanh chân không hút nắp, 1 xylanh đưa nắp theo phương thẳng đứng, 1 xylanh di chuyển theo phương ngang và 1 xylanh đập nắp.
+ Khâu trộn sơn: Gồm 1 xylanh đưa lon vào cơ cấu trộn, 1 xylanh kéo lon ra và 1 xylanh chân không hút lon. Lon sơn được lắc đều nhờ 1 động cơ giảm tốc DC.
− Phần điện của mô hình: Nguồn điện của mô hình nguồn điện một chiều 24V cung cấp cho PLC chính, module mở rộng, các cảm biến, các đèn báo, buzzer, các van khí nén, động cơ DC. Phần thiết kế điện phải thật hợp lý, an toàn, việc kết nối diễn ra một cách chính xác, các đầu dây đấu nối được bấm code và bố trí hợp lý. Phần tủ điện của mô hình phải được thiết kế sao cho gọn gàng, ngăn nắp, dễ vận hành, bảo trì, sửa chữa một cách dễ dàng.
− Phần giao diện SCADA: gồm 4 màn hình: Một màn hình chính đăng nhập, một màn hình chọn màu sơn và số lượng, một màn hình cho phép thêm màu sơn mới và một màn hình vận hành gồm các nút nhấn điều khiển, hiện thị số lượng lon hiện tại và thể tích 4 bể sơn. Scada phải được thiết kế cung cấp đầy đủ thông tin, cách hiện thị rõ ràng gần gũi với người sử dụng. Hệ thống có yêu
18
cầu phân quyền cho kỹ sư và giám sát. Giám sát được phép vận hành hệ thống. Kỹ sư ngoài việc vận hành còn được cấp thêm quyền nhập mã màu mới.
Sơ đồ khối hệ thống
Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống
Chức năng các khối:
− Khối nguồn cung cấp: nguồn điện 24V một chiều giúp cung cấp điện áp nuôi cho PLC chính, module mở rộng, các cảm biến, các đèn báo, buzzer, các van khí nén, động cơ DC.
− Khối xử lý trung tâm và các module mở rộng: Là khối xử lý chính các tín hiệu của hệ thống. Giúp giao tiếp với cảm biến, thu thập và xử lý tất cả các tín hiện thu về từ cảm biến. Tính toán xử lý xuất tín hiệu ra các chân Output để điều khiển các động cơ, van khí nén, đèn tín hiệu,... Ngoài ra tạo kết nối với SCADA để giám sát hệ thống.
− Khối cảm biến: xử lý và gửi tín hiệu cho PLC.
− Nguồn cấp khí: cung cấp khí cho các van khí nén
− Van khí nén: điều khiển các xylanh.
− Khối động cơ, van điện từ: Động cơ cho các băng tải, động cơ động cơ. Van điện từ đảm nhiệm việc rót sơn vào lon sơn.
− Xylanh: Tạo ra các chuyển động, đảm nhận việc cấp lon, cố định lon đúng vị trí, hút nắp, đóng nắp, đẩy lon và cơ cấu trộn và kéo lon ra.
19
− Khối SCADA giám sát hệ thống: Khối này có chứng năng chính là giao tiếp giữa con người với hệ thống, giúp vận hành, giám sát quá trình hoạt động của hệ thống, thông báo các lỗi xảy ra để nhanh chóng khắc phục.
3.1 Thiết kế hệ thống cơ khí
3.1.1 Tính toán và lựa chọn thiết bị
Hình 3.2: Mô hình hệ thống
3.1.1.1 Tính toán và lựa chọn xy lanh cấp lon
Do đặc điểm của xy lanh tác động nhanh, hành trình không lớn, cố định nên ta chọn xy lanh tác dụng hai chiều sử dụng trong hệ thống. Xylanh tác động hai chiều giúp hệ thống được điều khiển một cách hoàn toàn tự động và chính xác.
Chọn xy lanh khí nén bao gồm các thông số:
- Hành trình xy lanh lớn hơn đường kính hộp sơn: 𝐿𝑥𝑙 > 55𝑚𝑚. - Thời gian dẫn động: 𝑡 = 0,2 ÷ 1𝑠.
- Lực đẩy của piston đáp ứng:
𝐹 > 𝐹𝑚𝑠𝑚𝑎𝑥 = 𝑚𝑔𝜇 (3.6)
Với 𝑚 = 0,1𝑘𝑔 là khối lượng mỗi vỏ hộp;
20
Suy ra: 𝐹 > 0,05 × 10 × 0,15 = 0,15(𝑁) - Áp suất của máy nén khí là 𝑝 = 6𝑏𝑎𝑟 = 6,1183𝑘𝑔𝑓/𝑐𝑚2. - Chọn đường kính xy lanh: 𝐷 ≥ √ 4𝐹 𝜋 × 𝑝 = √ 4 × 0.15 𝜋 × 6,1183≈ 0,177𝑐𝑚 (3.7 )
Lựa chọn xy lanh: Từ những tính toán trên, lựa chọn xy lanh có đường kính lớn hơn 0,177 cm và hành trình của xy lanh lớn hơn 55mm.
Lựa chọn xy lanh tác động kép MAL 16*75 của hãng Airtac.
3.1.1.2 Tính toán và lựa chọn xylanh đóng nắp hộp sơn
- Tính lực cản của miệng hộp sơn với nắp sơn trong quá trình đóng nắp
Ta có :
Khối lượng của nắp 𝑚𝑛ắ𝑝 = 10 𝑔 = 0,01 𝑘𝑔
Khi piston xylanh đóng nắp đi xuống chạm vào nắp hộp sơn sẽ tác động vào nắp hộp sơn. Khi đó nắp hộp sơn sẽ dịch chuyển với vận tốc xấp xỉ bằng vận tốc của piston xylanh. Chọn vận tốc của xylanh là 𝑣𝑥𝑙 = 5 (m/s).
Suy ra vận tốc của nắp khi xylanh chạm vào trước khi đóng nắp là: 𝑣𝑛𝑡 = 𝑣𝑥𝑙 = 5 (m/s)
Khi nắp hộp sơn được đóng vào hộp sơn thì vận tốc của nắp là : 𝑣𝑛𝑠 = 0 (m/s)
Công thức tính lực cản của miệng hộp sơn và nắp hộp sơn là: 𝐹𝑐𝑛𝑠 = ∆P
∆𝑡 (3.8)
Trong đó : ∆P là độ biến thiên động lượng của nắp hộp sơn ∆P = 𝑃𝑡 − 𝑃𝑠 = 𝑚𝑛ắ𝑝(𝑣𝑛𝑡 − 𝑣𝑛𝑠) = 0,01 × 5 = 0,5 ∆𝑡 là khoảng thời gian đóng nắp, ∆𝑡 = 0,1 𝑠
Suy ra:
𝐹𝑐𝑛𝑠 = 0,5
0,1 = 5 (𝑁)
21 Chọn đường kính xy lanh: 𝐷 ≥ √ 4𝐹 ′ 𝜋 × 𝑝 = √ 4 × 5 𝜋 × 6,1183≈ 1,02 𝑐𝑚
- Từ những tính toán trên, lựa chọn xy lanh có đường kính lớn hơn 1,02 cm
Lựa chọn xy lanh tác động kép MAL 16*75 của hãng Airtac.( Đường kính xylanh 𝟏𝟔 𝒎𝒎 hành trình 75 mm )
− Tên thiết bị: Xylanh tròn PVN Pneumatic Equipment.
− Mục đích: dập nắp lon − Thông số kĩ thuật: + Kích thước cổng: ren 9,6mm (1/8”) + Áp suất: 0.1~1Mpa(1~9kg) + Nhiệt độ: - 20~70 oC Hình 3.3: Xy lanh Mal 16*75
3.1.1.3 Tính chọn xylanh đẩy hộp sơn vào cơ cấu trộn
Ta có :
Khối lượng của hộp sơn 𝑚ℎộ𝑝 = 130 𝑔 = 0,13 𝑘𝑔
Khi piston xylanh đẩy đi ra chạm vào hộp sơn sẽ tác động vào hộp sơn. Khi đó hộp sơn sẽ dịch chuyển với vận tốc xấp xỉ bằng vận tốc của piston xylanh. Chọn vận tốc của xylanh là 𝑣𝑥𝑙 = 9.5 (m/s).
Suy ra vận tốc của nắp khi xylanh chạm vào trước khi đóng nắp là: 𝑣𝑛𝑡 = 𝑣𝑥𝑙 = 9.5 (m/s)
22 Công thức tính lực cản
𝐹𝑐𝑛𝑠 = ∆P
∆𝑡 (3.8)
Trong đó : ∆P là độ biến thiên động lượng của nắp hộp sơn ∆P = 𝑃𝑡− 𝑃𝑠 = 𝑚ℎộ𝑝(𝑣𝑥𝑙 − 𝑣𝑛𝑠) = 0,13 × 9.5 = 1,235
∆𝑡 là khoảng thời gian đẩy hộp, ∆𝑡 = 0,5 𝑠 Suy ra:
𝐹𝑐𝑛𝑠 = 1,235 0,5
= 2.47 (𝑁)
=≫ Lực đẩy của piston đóng nắp thỏa mãn: 𝐹′ > 𝐹𝑐𝑛𝑠 = 2.47 (𝑁) Chọn đường kính xy lanh: 𝐷 ≥ √ 4𝐹 ′ 𝜋 × 𝑝 = √ 4 × 2.47 𝜋 × 6,1183 ≈ 0,7 𝑐𝑚
- Từ những tính toán trên, lựa chọn xy lanh có đường kính lớn hơn 0,7 cm
=≫ Lựa chọn xy lanh tác động kép MAL 16*125 của hãng Airtac.( Đường kính xylanh 𝟏𝟔 𝒎𝒎 hành trình 125 mm )
3.1.1.4 Tính chọn động cơ kéo băng tải lớn
Tổng tải trọng trên băng chuyền là: m = 0,3 Kg Tốc độ băng tải khi có tải là : v = 8,5 𝑚 𝑝⁄ Hệ số ma sát : μ = 0,15
Lực cần thiết để dịch chuyển băng tải khi có hộp sơn:
𝐹𝑐𝑡 = L. σ. μ. g. cos 𝛽 (3.12)
Trong đó:
𝐹𝑐𝑡 là lực cần thiết để dịch chuyển băng tải khi có hộp sơn (N). L là chiều dài băng tải , L = 1,5 m
σ là khối lượng phôi trên 1m băng tải σ ≈ 0,5 kg/m μ là hệ số ma sát μ = 0,15
g là gia tốc trọng trường , lấy g = 10m/𝑠2 β là góc nghiêng băng tải , β = 0
Khi đó 𝐹𝑐𝑡 = 1.5 × 0,5 × 0.15 × 10 × cos 0 = 1.125 𝑁 Công suất cần thiết để dịch chuyển phôi là:
23 𝑃𝑐𝑡 = 𝐹 × 𝑣
1000 (3.13)
𝐹𝑐𝑡 = 1.125 N là lực cần thiết để dịch chuyển phôi. v là vận tốc băng tải khi có tải, v = 9,5 𝑚/𝑝.
Suy ra: 𝑃𝑐𝑡 = 1.125 × 9,5
1000 = 10,68 × 10
−3 Kw = 10,68 w Vậy công suất cần thiết để dịch chuyển hộp sơn là 𝑃𝑐𝑡 = 10,68 𝑤.
Chọn động cơ có công suất ≥ 𝑃𝑐𝑡 : chọn động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E- CH-77-D919
❖ Thông số kỹ thuật:
-Điện áp định mức: 24VĐC.
- Tốc độ khi không tải:134 Vòng/phút. - Tốc độ khi có tải: 83 Vòng/phút. - Tỉ lệ giảm tốc:1/40.
- Momen định mức: 7,5 kgf.cm. - Momen xoắn tối đa: 13 kgf.cm. - Công suất tiêu thụ: 12W.
24
3.1.1.5 Tính toán thiết kế băng tải
• Yêu cầu của băng tải trong mô hình hệ thống :
- Do lực của piston xylanh đóng nắp rất lớn. Khi đóng nắp sẽ tạo lực lớn gây áp lực vào mặt băng tải. Vì thế khi băng tải không có một thiết kế hợp lý sẽ gây nên sự võng của băng tải khi đó hộp sơn sẽ bị lệch khỏi vị trí đóng nắp nên không thể đóng được nắp chính xác. Giải pháp đưa ra là thiết kế băng tải có thanh đỡ ở dưới bề mặt của băng tải. Khi đó băng tải sẽ không bị võng trong quá trình đóng nắp hộp sơn.
- Kích thước của băng tải phải phù hợp với hệ thống, hộp sơn trong mô hình có đường kính là 5,5 cm nên chọn loại băng tải có chiều rộng 7cm, chiều dài của băng tải là 150 cm
3.1.2 Phân tích chức năng của các thiết bị trong hệ thống 3.1.2.1 Băng tải 3.1.2.1 Băng tải
Khái niệm: Băng tải là một máy cơ khí dùng để vận chuyển các đồ vật từ điểm này sang điểm khác, từ vị trí A sang vị trí B. Thay vì vận chuyển sản phẩm bằng sức người vừa tốn thời gian, chi phí nhân công lại tạo ra môi trường làm việc lộn xộn thì băng chuyền tải có thể giải quyết điều đó.
• Cấu tạo, ưu điểm và nguyên lý hoạt động của băng tải: Thành phần cấu tạo:
25 - Động cơ điện giảm tốc
- Bộ truyền chuyển động - Khung băng tải
- Rulo chủ động, rulo bị động - Dây băng tải
Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản, độ bền cao, vân hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng - Năng suất cao và không gây tiếng ồn cho xung quanh
- Giảm sức lao động cho con người, hoạt động ổn định liên tục trong thời gian dài.
Nhược điểm:
- Để tăng tuổi thọ khi sử dụng cho băng tải thì nên chạy với tốc độ trung bình.
- Độ nghiêng của băng tải nhỏ hơn 24 độ.
- Để vận chuyển theo đường cong cần bố trí thêm động cơ và khung băng tải để đổi hướng.
• Nguyên lý hoạt động:
Động cơ hoạt động sẽ truyền chuyển động đến Rulo chủ động thông qua bộ truyền chuyển động (đai, xích, bánh răng,..). Khi đó, Rulo chủ động quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờ lực ma sát giữa Rulo và dây băng tải. Để tạo ra lực ma sát giữa Rulo và dây băng tải, người ta điều chỉnh Rulo bị động để dây băng tải căng ra tạo ra lực ma sát. Lực ma sát này sẽ làm cho băng tải chuyển động tịnh tiến. Khi các vật liệu được đặt trên bề mặt dây băng tải, vật liệu sẽ được di chuyển nhờ chuyển động của băng tải.
3.1.2.2 Xylanh khí nén
• Khái niệm: Xy lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành dựa trên nguyên tắc chuyển đổi năng lượng khí được nén lại trong ống xy lanh thành động năng cung cấp các chuyển động cho cơ cấu cơ học khác nhằm phục vụ mục đích sử dụng của con người.
26
Hình 3.3: Xylanh tác động đơn DLC SC100X75
• Phân loại:
- xylanh tác động đơn (chỉ có một đầu bơm và xả khí, có lò xo hồi).
- Xylanh tác động kép (có hai đầu bơm và xả khí). ❖ Lựa chọn Xylanh trong hệ thống
− Tên thiết bị: Xylanh tròn PVN Pneumatic Equipment.
− Mục đích: Đẩy lon vào trong hộp lắc, chặn lon, cấp nắp.
− Thông số kĩ thuật:
+ Kích thước cổng: ren 9,6mm (1/8”) + Áp suất: 0.1~1Mpa(1~9kg)
+ Nhiệt độ: - 20~70 oC
27
Hình 3.5 Xylanh tròn PVN Pneumatic Equipment
3.1.2.3 Động cơ điện một chiều
• Định nghĩa: Động cơ điện một chiều là máy điện chuyển đổi năng lượng điện một chiều sang năng lượng cơ.
• Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện một chiều:
Gồm có 3 phần chính: Stato (phần cảm), Roto (phần ứng) và phần
chỉnh
• Phân loại động cơ điện một chiều. Phân loại theo kích từ: - Kích từ độc lập.
- Kích từ song song. - Kích từ nối tiếp.
28 - Kích từ hỗn hợp.
Với mỗi loại động cơ điện một chiều như trên thì có các ứng dụng khác nhau.
Công thức tính dòng điện chạy qua động cơ : I = U − Eư Rư (3.1) Trong đó: U là điện thế nguồn. Eư là suất điện động phần ứng. Rư là điện trở của phần ứng.
• Các phương pháp điều khiển động cơ điện một chiều: a) Nguyên lý điều khiển động cơ điện một chiều:
- Đặc điểm của động cơ đện một chiều: Động cơ điện một chiều có quán tính cơ tương đối nhỏ. Dễ thay đổi tốc độ trong một khoảng rộng.
- Cấu tạo phức tạp do có chổi than dẫn tới tuổi thọ động cơ không cao, phải bảo dưỡng định kỳ, dễ phát sinh tia lửa điện nên không làm việc ở nơi có khí gas hầm lò, chống cháy nổ.
- Công suất của động cơ điện một chiều thấp vì có cấu tạo tương đối phức tạp, nếu công suất cao thì cồng kềnh đắt tiền.