Hình 3 .16 Cấu tạo của Aptomat
Hình 3. 17 Van điện từ
Hình 3. 18: Van điện từ kết nối với xy lanh f.Đèn báo
Dùng để báo hiệu tình trạng hoạt động của hệ thống cho người sử dụng biết để điều chỉnh phù hợp. Hình 3.19 biểu diễn đèn báo được sử dụng trong hệ thống.
+Thông số kĩ thuật: Đường kính: 22mm Điện áp ngõ vào: 24V Kích thước: 29×29×53mm Khối lượng: 0.02 Kg Hình 3. 19: Đèn báo g.Van tiết lưu
Van tiết lưu được sử dụng với mục đích điều chỉnh tốc độ của cơ cấu chấp hành như xy lanh hoặc các cơ cấu sử dụng khí nén. Trong thực tế, thường có các u cầu khác nhau về tốc độ đối với hành trình của những cơ cấu chấp hành nhằm đáp ứng về công nghệ và năng suất.
Van tiết lưu có 2 loại là van một chiều và van hai chiều, thông thường người ta thường sử dụng van hai chiều độc lập mà sử dụng với van một chiều chế tạo tích hợp để có thể tiết lưu một chiều. Hình 3.20 chỉ rõ van tiết lưu thực tế.
Hình 3. 20: Van tiết lưu h.Xy lanh khí nén h.Xy lanh khí nén
Là một cơ cấu chấp hành (Hình 3.21) có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học chuyển động tịnh tiến. Hoạt động một cách chính xác, dễ thay đổi lực nhờ sử dụng van tiết lưu nên chọn để đẩy vặn nắp và in logo trên thân chai.
Hình 3. 21: Xy lanh khí nén i.Relay trung gian i.Relay trung gian
Relay trung gian (Hình 3.22) là 1 trong những khí cụ điện được sử dụng rất phổ biến hiện nay. Nó thường làm chức năng là thiết bị trung gian giữa các mạch điều khiển và mạch động lực, điều khiển các cơ cấu chấp hành. Hình 3.23 là sơ đồ nguyên lý của relay.
+ Thông số kĩ thuật:
Rơle trung gian loại cắm đế, kích thước 36 x 28 x 21.5mm
Có loại 2, 3 hoặc 4 cặp tiếp điểm với dòng tải lên tới 10A
Có model có đèn báo, có đi ốt chống xung ngược...
Tuổi thọ tiếp điểm cao, số lần đóng cắt lớn
Hình 3. 22: Relay trung gian
Hình 3. 23: Sơ đồ nguyên lý của Relay j.Máy nén khí j.Máy nén khí
Máy nén khí (Hình 3.24) dùng để tạo ra nguồn khí để cấp cho các cơ cấu chấp hành như xy lanh để chúng hoạt động, làm việc.
Hình 3. 24: Máy nén khí k.Mạch chỉnh lưu nguồn tổ ong k.Mạch chỉnh lưu nguồn tổ ong
Dùng để chỉnh lưu điện áp từ 220VAC xuống 24VDC. Cấp nguồn cho các thiết bị. (Xem Hình 3.25). Cụ thể trong mơ hình thì nguồn tổ ong dùng để cấp nguồn cho PLC, các các relay trung gian, các van điện từ,…
Hình 3. 25: Nguồn tổ ong
+ Thông số kĩ thuật:
Công suất: 250W
Đầu vào: 110VAC – 220VAC
Đầu ra: 3 cặp
Kích thước: 110×220×49 mm
l.Mạch giảm áp LM2596
Mạch giảm áp (hình 3.26) có chức năng điều chỉnh mức điện áp giảm áp phụ hợp để cấp nguồn cho thiết bị sử dụng. Hình 3.27 biểu diễn sơ đồ mạch ngun lí của thiết bị.
Hình 3. 27 Sơ đồ ngun lí mạch giảm áp
+ Thơng số kĩ thuật:
Hiệu suất chuyển đổi : lên đến 92% ( điện áp ra rất ổn định)
Điện áp vào : 3V - 40V DC Điện áp ra điều chỉnh : 1.5V - 35V DC Dòng ngõ ra : định mức 2A ( tối đa 3A ) Công suất ra 10W Nhiệt độ hoạt động : -40*C - + 85*C Kích thước : 45*20*14mm(L*W*H) m.Cầu đấu
Cầu đấu ( Hình 3.28) dùng để đấu nối dây mạch điều khiển và mạch động lực, các thiết bị điện trong và ngoài tủ điện,… Đảm bảo cách ly chúng với nhau, hạn chế ngắn mạch và làm cho chúng gọn gàng, đẹp mắt hơn.
Hình 3. 28: Cầu đấu n.Động cơ bơm nước n.Động cơ bơm nước
Động cơ bơm (Hình 3.29) dùng nguồn điện 12VDC, dùng để bơm dung dịch cho khâu chiết rót. Động cơ có kiểu dáng nhỏ gọn, cơng suất vừa đủ để có thể đáp ứng trong các mơ hình đơn giản.
Hình 3. 29: Động cơ bơm o.Cảm biến tiệm cận o.Cảm biến tiệm cận
Cảm biến tiệm cận (Hình 3.30) sử dụng ngun lí cảm ứng điện từ. Khi có vật kim loại đi vào vùng điện trường của cảm biến sẽ sinh ra các dòng cảm ứng. Cảm biến sẽ phát hiện ra sự nhiễu động do các dòng cảm ứng này sinh ra và xác định có vật. Hình 3.31 mơ tả cấu tạo của cảm biến.
Hình 3. 30: Cảm biến tiệm cận
Hình 3. 31: Cấu tạo của cảm biến tiệm cận
3.2.1.Chế tạo phần mơ hình cơ khí
Sau khi đã thiết xong các chi tiết thì sẽ tiến hành in 3D các chi tiết này. Sử dụng vật liệu là nhựa trắng để in. Ngồi ra, một số chi tiết có thể cắt bằng mica trong, độ dày tùy thuộc tính chất, chức năng của chi tiết. Trong mơ hình này sẽ sử dụng mica 5mm và 3mm. Hình 3.32 thể hiện khâu lập trình cho máy in 3D và Hình 3.33 cho thấy các chi tiết được in thành phẩm ngoài thực tế.
Hình 3. 32: Hình ảnh lập trình để in 3D các chi tiết
Hình 3. 33: Hình ảnh thực tế in 3D các chi tiết
Sau khi đã hồn thành in các chi tiết thì sẽ tiếp tục q trình thi cơng và chế tạo mơ hình. Hình 3.34 và 3.35 ghi lại q trình thi cơng mơ hình và Hình 3.36 thể hiện mơ hình đã được hồn thiện.
Hình 3. 34: Sử dụng thiết bị để chế tạo mơ hình
Hình 3. 36: Mơ hình khi đã hồn thiện
3.2.2.Chế tạo phần điện
a.Lắp ráp các động cơ, van vào mơ hình
Sau khi đã thiết kế và tính chọn phần điện xong thì nhóm sẽ băt tay vào lắp các động cơ, van khí nén,… vào mơ hình. Hình 3.37 cho thấy các thiết bị điện được lắp vào mơ hình.
b.Thiết kế tủ điện
Tủ điện là một thành phần khơng thể thiếu trong các dây chuyền sản xuất nói riêng và ngành tự động hóa nói chung. Tủ điện giúp bảo vệ các khí cụ và các thiết bị điện, làm giảm rủi ro khi gặp sự cố và thuận lợi trong việc điều chỉnh mơ hình khi muốn nâng cấp hoặc sửa chữa vì phần điện được tập trung lại một chỗ duy nhất. Đồng thời cũng đấu nối thi cơng tủ điện để điều khiển mơ hình và làm gọn, an tồn phần dây. Hình 3.38 cho thấy tủ điện được thiết kế trên bản vẽ. Tủ điện có kích thước 20×40×60 mm. Mặt trước gồm có 3 đèn báo và 3 nút nhấn. Bên trong có một số khí cụ điện như relay, aptomat, PLC,…
Hình 3. 37: Lắp các động cơ thiết bị điện vào mơ hình
:
Hình 3. 38: Tủ điện được thiết kế c.Q trình thi cơng tủ điện c.Q trình thi cơng tủ điện
Hình 3. 39: Cắt máng điện và thanh ray
Hình 3. 40: Tủ điện sau khi đã lắp đặt các khí cụ điện
Sau khi đã lắp đặt xong các thiết bị khí cụ điện vào tủ thì bước tiếp theo là đấu dây trong tủ. (Xem hình 3.41)
Hình 3. 41: Quá trình đấu dây cho tủ
Hình 3. 43: Hình ảnh bên ngồi mặt tủ
Sau khi đã đã thi cơng xong thì hình 3.42 và 3.43 cho thấy hình ảnh hồn thiện của tủ bên ngoài và bên trong.
3.2.3.Mơ hình hồn thiện
Sau khi đã hồn thành thiết kế và chế tạo thì cuối cùng nhóm cũng đã hồn thiện được mơ hình sơ bộ của đề tài tốt nghiệp. (Xem hình 3.44)
CHƯƠNG 4:LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
4.1. Sơ đồ nối dây
Để có thể đấu nối dây trong mơ hình thì cần phải có sơ đồ nối dây để việc thi cơng một cách nhanh chóng và đúng với ngun lí của dịng điện, đảm bảo an tồn cho việc thi công, chế tạo. Như trong thiết kế của mơ hình để tài thì Hình 4.1 là bản vẽ nối dây của mạch cấp nguồn. Hình 4.2 mơ tả bản vẽ nối dây mạch điều khiển và cịn lại Hình 4.3 là bản vẽ nối dây mạch động lực. Ba bản vẽ này biễu diễn toàn bộ sơ đồ nối dây của hệ thống.
Hình 4. 1: Sơ đồ mạch cấp nguồn
Mạch điều khiển có chức năng điều khiển các cơ cấu chấp hành trong mơ hình bằng các thuật tốn được lập trình trong các bộ điều khiển (PLC) hoặc các khí cụ điện. Dưới đây, Hình 4.2 mơ tả bản vẽ nối dây mạch điều khiển sử dụng bộ điều khiển (PLC). Mạch động lực là thì trái ngược so với mạch điều khiển chính là nó có chức năng cấp nguồn cho các cơ cấu chấp hành hoạt động dựa vào các tín hiệu điều khiển của của mạch điều khiển truyền tới. Mạch động lực thường sử dụng điện áp khác với mạch động lực (thường lớn hơn), nhưng tùy thuộc vào cơ cấu chấp hành mà chọn nguồn cho phù hợp. Hai mạch này thường cách ly với nhau. Trong Hình 4.3 thể hiện rõ sơ đồ nối dây của mạch động lực trong hệ thống.
Hình 4. 2: Sơ đồ mạch điều khiển
Hình 4. 3: Sơ đồ mạch động lực
4.2. Phân cơng vào ra
Để có thể thuận lợi cho việc tính tốn thuật tốn và viết chương trình điều khiển của hệ thống thì lập bảng phân cơng đầu ra là việc làm đầu tiên để xác định được số đầu vào đầu ra, để có thể dễ dàng lập trình PLC sau này. Bảng 4.1 thể hiện các 14 đầu vào
của hệ thống. Ở đây ghi chi tiết tên, địa chỉ, chú thích, giúp thuận lợi cho việc lắp đặt hệ thống một cách trơn tru và hạn chế thiếu sót trong hệ thống.
Tên Địa chỉ Chú thích
I_Emergy %I0.0 Switch chế độ 1 auto, 0
manu
I_Chay %I0.1 Nút nhấn chạy hệ thống
I_Dung %I0.2 Nút nhấn dừng hệ thống
I_Bang_Tai_Vao %I0.3 Bật/Tắt băng tải chai vào
(Băng tải 1)
I_Bang_Tai_Ra %I0.4 Bật/Tắt băng tải chai ra
(Băng tải 2)
I_Bom %I0.5 Bật/Tắt bơm định lượng
I_Motor_Truc %I0.6 Bật/Tắt động cơ quay trục
I_Motor_Nap %I0.7 Bật/Tắt động cơ đóng nắp
chai
I_Xylinder_Dong_Nap %I1.0 Nâng/hạ xi lanh đóng nắp
chai
I_Xylinder_Day_Chai %I1.1 Đóng/mở xi lanh đẩy chai
I_CB_Nhan_Chai %I1.2 Cảm biến phát hiện chai
vào
I_CB_Nuoc_Thap %I1.3 Cảm biến mức nước thấp
I_CB_Day_Chai %I1.4 Cảm biến phát hiện chai
trước xylanh in
I_CB_Vi_Tri %I1.5 Cảm biến vị trí
Tên Địa chỉ Chú thích
Q_Den_Chay %Q0.0 Đèn báo hệ thống đang
chạy
Q_Den_Dung %Q0.1 Đèn báo hệ thống đang
dừng
Q_Den_Loi %Q0.2 Đèn báo lỗi hệ thống
Q_Bang_Tai_Vao %Q0.3 Đầu ra băng tải chai vào
(Băng tải 1)
Q_Bang_Tai_Ra %Q0.4 Đầu ra băng tải chai ra
(Băng tải 2)
Q_Bom %Q0.5 Đầu ra bơm định lượng
Q_Motor_Truc %Q0.6 Đầu ra động cơ quay trục
Q_Motor_Nap %Q0.7 Đầu ra động cơ đóng nắp
chai
Q_Xylinder_Dong_Nap %Q1.0 Đầu ra xi lanh đóng nắp
chai
Q_Xylinder_Day_Chai %Q1.1 Đầu ra xi lanh in logo
Bảng 4. 2: Bảng phân công đầu ra
Bảng 4.2 ghi rõ 10 đầu ra của hệ thống bao gồm tên, địa chỉ, chú thích. Khi lập được bảng phân cơng vào ra thì có thể tính tốn đủ các đầu ra để thuận tiện cho việc lựa chọn thiết bị liên quan để tiến hành lắp đặt theo đúng kĩ thuật.
4.3. Lưu đồ thuật tốn
Để có thể lập trình dễ dàng, mạch lạc và tối ưu hóa thì điều tiên quyết là phải vẽ được lưu đồ thuật tốn, khi đó ta mới có thể logic được và có thể code khơng lo bị thiếu thuật tốn và bị sai hoặc lỗi. Vì nếu như thuật tốn đúng thì sẽ khơng có chuyện lập trình bị sai, vì đây là xương sống của chương trình điều khiển. Vì vậy phần này ta cần phải chính xác và trực quan nhất. Trong Hình 4.6 thể hiện lưu đồ thuật tốn một cách tổng qt, giúp người đọc có thể hiểu rõ bản chất thuật toán cơ bản của hệ thống. Tại đây,
sau khi bắt đầu thì hệ thống sẽ kiểm tra công tắc chọn chế độ. Nếu chế đúng thì chế độ tự động được chọn và kết thúc. Nếu sai thì chế độ bằng tay được chọn và kết thúc.
Hình 4. 4: Lưu đồ thuật tốn tổng qt
Ngồi lưu đồ thuật tốn tổng qt thì đi sâu vào nó thì có thể thấy được lưu đồ thuật tốn chương trình bằng tay (xem Hình 4.7). Nó thể hiện chế độ bằng tay của hệ thống. Ở chế độ này, khi hoạt động thì hệ thống sẽ kiểm tra các các công tắc điều khiển các cơ cấu chấp hành, nếu đúng thì nó sẽ thực hiện các cơ cấu cịn sai thì sẽ kết thúc chương trình. Lần lượt và tuần tự như vậy thì hệ thống sẽ kiểm tra hết các cơng tắc rồi sau đó kết thúc chương trình.
Khác với lưu đồ thuật tốn băng tay thì lưu đồ thuật tốn chương trình tự động (Hình 4.8) có phần phức tạp hơn là dừng lại ở việc kiểm tra các đầu vào (cơng tắc) mà nó được hoạt động theo một chu trình. Khi chế độ tự động được chọn thì bước đầu sẽ kiểm tra tín hiệu nút nhấn Stop, nếu đúng thì thực hiện các cơng việc khi nhấn nút, nếu sai sẽ chuyển qua kiểm tra tín hiệu nút nhấn EMG, nếu đúng sẽ thực thi công việc khi nhấn nút EMG nếu sai thì sẽ kiểm tra tiếp tín hiệu cảm biến nước cạn, nếu đúng thì thực hiện công việc của cảm biến và nếu sai thì sẽ bật băng tải vào, ra và mâm xoay tiếp tục thì sẽ kiểm tra tín hiệu cảm biến nhận chai. Ở tại thời điểm này nếu đúng thì tiếp tục thực thi công việc là dừng băng tải vào, bật rót dung dịch, bật vặn nắp, nếu sai thì hệ thống sẽ chờ cho đến khi có tín hiệu của cảm biến . Tiếp theo thì hệ thống sẽ kiểm tra tín hiệu của cảm biến vị trí nếu đúng thì tắt mâm xoay, sai thì chờ khi có tín hiệu cảm biến. Tiếp theo thì hệ thống sẽ kiểm tra thời gian đếm của timer, nếu timer rót bằng 10 giây và timer vặn nắp bằng 5 giây thì sẽ tắt rót dung dịch và tắt vặn nắp, nếu sai thì hệ thống sẽ chờ cho đến khi timer đếm đủ thời gian. Tiếp đến sẽ kiểm tra bit rót xong, nếu đúng thì sẽ bật mâm xoay, cịn nếu sai thì hệ thống sẽ tiếp tục chờ cho tới khi bit này đúng (ở mức cao). Sau đó sẽ kiểm tra timer đếm đủ 500 mili giây nếu đủ thì sẽ dừng mâm xoay, cịn nếu sai thì sẽ chờ cho đến khi timer đếm đủ. Tiếp tục chu trình thì sẽ kiểm tra tín hiệu của cảm biến in logo, nếu đúng thì sẽ đếm lên 1 sản phẩm vào bit đếm sản phẩm, nếu sai thì sẽ chờ cho đến khi nhận được tín hiệu. Sau đó hệ thống sẽ kiểm tra bit đếm sản phẩm, nếu đúng bit đếm sẽ lên 2 thì bật xy lanh in logo cịn nếu sai thì sẽ chờ cho đến khi bit đếm sản phẩm lên băng 2. Sau đó thì sẽ kiểm tra timer xy lanh in logo, nếu timer đếm đủ 2 giây thì sẽ tắt xy lanh in logo còn nếu sai sẽ chờ cho đến khi đủ 2 giây
4.4. Giản đồ thời gian
Để thể hiện được chu trình hoạt động của hệ thống một cách chi tiết thì giản đồ thời gian rất quan trọng trong vấn đề này nếu khơng nói là khơng thể thiếu. Trong đây nó sẽ minh họa chu trình hoạt động chi tiết nhất theo dạng xung trong 1 đơn vị thời gian nhất định để người xem có thể hiểu rõ nhất cách thức hoạt động trực tiếp. Hình 4.9 sẽ biểu diễn giản đồ thời gian của hệ thống.
Giản đồ thời gian được giải thích một cách đơn giản như sau. Khi khơng cơng tắc chế độ ở trạng thái OFF thì sẽ thực hiện chế độ băng tay, còn nếu ở trạng thái ON sẽ thực hiện chế độ tự động.
Ở chế độ bằng tay thì tùy thuộc vào tín hiệu (trạng thái) ON, OFF mà các cơ cấu chấp hành liên quan có thể bật tắt theo mong muốn.
Ở chế độ tự động thì khi ấn nút chạy, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động chế độ. Lúc