Khối van khí.
Chức năng từng khối
Khối xử lý trung tâm: Có chức năng điều khiển hoaṭ động của toàn hệ thống. Khối nguồn: Có chức năng cung cấp nguồn cho toàn bô ̣hê ̣thống hoaṭ động. Khối nút nhấn: Có chức năng dừng khẩn cấp.
Khối cảm biến: Có chức năng gửi tín hiệu về xử lý khối trung tâm.
Khối màn hình điều khiển: Có chức năng điều khiển hoaṭ động của hê ̣thống. Khối điều khiển động cơ: Có chức năng điều khiển động cơ.
Khối điều khiển van khí: Có chức năng điều khiển van khí.
Khối động cơ: Có chức năng điều khiển băng tải, điểu khiển bàn nâng, di chuyển tay hút phôi.
Các thông số của các khối chı́nh
KHỐI CẢM BIẾN
KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM
KHỐI NGUỒN KHỐI HMI
KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHỐI ĐIỀU KHIỂN VAN KHÍ KHỐI NÚT NHẤN KHỐI ĐỘNG CƠ KHỐI VAN KHÍ Hình 3.36: Sơ đồ khối của hệ thống
Khối điều khiển trung tâm: PLC S7-1200 1212C có tín hiêụ vào và tı́n hiêụ ra là tín hiệu số.
Khối nguồn: Có tín hiệu vào là nguồn điêṇ 220V và tín hiệu ra là 24V. Khối cảm biến: Cảm biến sẽ có tín hiêụ vào là tín hiêụ số.
Khối HMI: Giao tiếp với PLC qua cổng Ethenet.
3.3.2 Tính toán và thiết kế mạch
a. Thiết kế khối xử lý trung tâm
Hiện nay trên thi ̣ trường có rất nhiều loại PLC khác nhau của các hãng như Siemens, Panasonic, Omron, ABB, Rockwell, …
Sau quá trình tìm hiểu về các hãng, cùng với sự góp ý của giáo viên hướng dẫn nên nhóm thực hiện đã quyết định chọn PLC S7-1200 của hãng Siemens để lâp ̣ trình. Với đặc điểm có cấu hình xử lí nhanh, giá thành vừa phải. Nhóm thực hiện đã chọn được CPU 1214C DC/DC/DC. Sau đây là một vài thông số cơ bản của loại CPU này:
Điện áp hoạt động: 24VDC.
Số lượng ngõ vào số: 14 (24VDC).
Số lượng ngõ vào Analog: 2 (0 – 10 VDC). Số lượng ngõ ra số: 10 (24 VDC).
Bộ nhớ chương trình: 100 KB.
b. Thiết kế khối cảm biến
Trong đề tài này khối cảm biến có chức năng phát hiện vật sau đó gửi tín hiệu dạng số về PLC.
Thông số kỹ thuật của cảm biến tiệm cận SN04 - N:
Cảm biến tiệm cận loại gần - Khoảng cách phát hiện tối đa 5 mm. Loại ngõ ra: NPN - NO.
Điện áp cung cấp: 6 ~ 36 VDC. Dòng ra: 300 mA.
Hình 3.37: Cảm biến tiệm cận SN04 – N
Nguồn: https://dientutuyetnga.com/products/cam-bien-tiem-can-sn-04n-roko-npn-chong- nuoc
Thông số kỹ thuâṭ của cảm biến quang E3F-DS30C4: Loại ngõ ra: NPN.
Khoảng cách phát hiện 10 ~ 30cm. Dòng tiêu thụ 20 ~ 35mA.
Điện áp hoat động: 6 ~ 36 VDC. Nhiệt độ hoạt động -25 ° C ~ 70 ° C.
Nguồn: https://dientu360.com/cam-bien-vat-can-hong-ngoai-e3f-ds30c4
c. Khối điều khiển động cơ
Khối điều khiển động cơ 3 pha 220V
Thông số kỹ thuật của biến tần Mitsubishi D700
Nguồn cấp 3P 200 – 240VAC 50Hz/60Hz
Công suất 0.1 – 15kw
Dòng điện 0.8 – 10A
Dải tần số 0.2 – 400Hz
Mô men khởi động 150% hoặc hơn tùy theo phương pháp điều khiển Khả năng quá tải 150% trong vòng 60s, 200% trong vòng 0.5s Phương pháp điều khiển V/F
Phanh hãm
Ngõ vào
Lựa chọn đa tốc độ, cài đặt từ xa, chọn chức năng thứ hai, bốn cấp quá tải tùy chọn, hoạt động JOG, điều khiển PID có giá trị, hoạt động luân phiên PU, V/F, PU-NET,
External-NET, ngõ ra dừng lại, lựa chọn tự giữ bắt đầu, cài đặt lại biến tần, báo tín hiệu khi biến tần hoạt động và khóa ngoài khi PU hoạt động.
Ngõ ra
Cảnh báo tình trạng quá tải, ngõ ra phát hiện tần số, tái tạo phanh, cảnh báo lỗi rơ le, biến tần sẵn sàng hoạt động, ngõ ra phát hiện dòng, giới hạn PID, cảnh báo quạt tản nhiệt quá nóng,cảnh báo giảm tốc khi mất điện tức thời, điều khiển PID kích hoạt, PID bị gián đoạn, giám sát an toàn, cảnh báo tuổi thọ, hẹn giờ thời gian bảo trì.
Chức năng bảo vệ
Động cơ, định nghĩa lỗi, bảo vệ quá dòng khi tăng tốc, giảm tốc, dừng lại, quá tải, quá áp, thấp áp, mất áp, quá nhiệt, quá nhiệt điện trở phanh, ngăn chặn sụt áp
Chức năng chính
– Thiết lập tần số tối đa và tối thiểu, hoạt động đa tốc độ, mô hình tăng / giảm tốc, bảo vệ nhiệt
– Tăng giảm tốc độ kích thích từ tính, xoay màn hình, tự động khởi động lại sau khi mất điện, thiết lập từ xa, lựa chọn chế độ hoạt động thử lại, bù trượt, mất kiểm soát, mô- men xoắn
-Tích hợp sẵn bộ điều khiển PID, Modbus TU
Truyền thông Hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS-485, kết nối PU
Thiết bị mở rộng
Bộ cài đặt thông số tiêu chuẩn theo biến tần, cáp kết nối với bộ cài đặt thông số mở rộng, bo truyền thông, bo encorder, lọc nhiễu, bo chức năng ngõ ra relay, bo chức năng ngõ ra analog mở rộng, bộ phanh, điện trở xả, cuộn kháng một chiều, cuộn kháng xoay chiều, lọc nhiễu dùng cho biến tần công suất thấp, bo chức năng ngõ vào số 16 bit…
Cấp bảo vệ IP20 (Đóng lắp)
Hình 3.39: Biến tần Mitsubishi D700
Khối điều khiển động cơ bước
Là module chuyên dụng để điều khiển động cơ bước lưỡng cực. Thông số kỹ thuâṭ Module TB6600-4A:
Nguồn đầu vào: 9 ~ 42VDC – Dòng cấp tối đa: 4A.
Có khả năng điều khiển các chế độ: full step, half step, vi bước (1/8 và 1/16 step). Các chế độ được thiết lập bởi phần cứng.
d. Khối động cơ
Trong dây chuyền nhóm sử dụng động cơ bước Step 57 để điều khiển và dẫn hướng cho cánh tay gắp phôi và sử dụng động cơ 3 pha giảm tốc cho băng tải.
Thông số kỹ thuật động cơ bước 57HS7630A4D8: Nguồn cấp: 9 ~ 42VDC
Dòng định mức: 3A Góc bước: 1,8𝑜 / bước
Hình 3.40: Hình ảnh thưc̣ tế module TB6600-4A
Thông số kỹ thuật động cơ băng tải M8IA25G4Y: Nguồn cấp: 220VAC
Công suất: 25W
Dòng định mức: 0.25A Tần số: 50Hz
Hình 3.41: Động cơ bước 57HS7630A4D8
Nguồn: https://vi.aliexpress.com/item/32866369038.html
Hình 3.42: Động cơ M8IA25G4Y
e. Khối điều khiển van khı́
Van khí đóng mở bằng điện giúp quá trình đóng mở nhanh hơn, đô ̣chı́nh xác cao là thiết bị được sử dụng hầu hết cho việc điều khiển thiết bị khí nén. Thông qua sư ̣tı̀m hiểu về các loại van khí từ các nguồn tài liệu nên nhóm đã quyết định chọn van điện từ
AIRTAC 4v210-08 đóng mở bằng điện để điều khiển đóng mở khí.
Hình 3.43: Van điện từ AIRTAC 4v210-08
Nguồn: https://auvietco.com.vn/van-dien-tu-khi-nen-airtac-4v210-08 Thông số kỹ thuật AIRTAC 4v210-08:
Điện áp cuộn coil: 24VDC. Áp suất làm viêc ̣: 0,15 ~ 0,8MPa Nhiêṭ đô ̣hoạt động: −20 ~ 70𝑜𝐶 Loại van đơn 5/2.
Thông số kỹ thuật Relay:
Để bảo vệ PLC, nhóm quyết định dùng relay để kích van khí nén. Điêṇ áp cung cấp: 24VDC.
Điện áp hoaṭ đôṇ g: 5 -10A/ 24-30VDC. Số chân: 8
Hình 3.44: Hình ảnh thưc̣ tế Relay Nguồn: https://tae.vn/relay-kieng-8-chan Nguồn: https://tae.vn/relay-kieng-8-chan
f. Khối nút nhấn
Nhóm sử dụng nút nhấn Emergency để dừng khẩn cấp lúc hệ thống gặp sự cố Thông số kỹ thuâṭ:
Nguồn cung cấp: 220V.
g. Khối HMI-SCADA
Điều khiển các thiết bị thông qua giao diêṇ màn hình đang đươc ̣ sử dụng khá phổ biến rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như điện tử, giáo duc ̣ , công nghiêp ̣ … với mong muốn đươc ̣ ứng dụng việc điều khiển vào trong đề tài nhưng do để tiết kiệm chi phí, nhóm quyết định sử dụng màn hình laptop để điều khiển hê ̣thống trực tiếp thông qua phần mềm TIA-Portal. Để điều khiển đươc ̣ toàn bô ̣hê ̣thống thông qua màn hình HMI chúng ta phải tı̀m hiểu việc cách giao tiếp và truyền dữ liệu giữa PLC S7 – 1200 và HMI.
Hình 3.45: Nút nhấn Emergency
h. Thiết kế khối nguồn
Khối nguồn là khối rất quan trọng cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống. Hình 3.47: Giao diện thiết kế màn hình điều khiển SCADA
Trong mô hình sử dụng 2 khối nguồn để cung cấp là 24VDC và 220VAC. Khối nguồn 220VAC: Cung cấp nguồn cho biến tần.
Khối nguồn 24VDC: Cung cấp nguồn cho PLC S7 – 1200, Module mở rộng, cảm biến, cuộn coil van điện từ, Relay, bộ điều khiển công suất động cơ bước.
Bảng 3.2: Bảng tiêu thu ̣dòng điêṇ của các khối
Khối nguồn Các thiết bị và linh kiện Dòng tiêu thụ
Nguồn 24VDC
PLC S7 - 1200 20mA
Module mở rộngSM 1222 20mA Cảm biến quang >300 mA x 4 Cảm biến tiệm cận SN04 – N 300mA x 2 Cuộn coil van điện từ 96mA x 4 Bộ driver động cơ bước 500mA x 2
Relay 200mA
Encoder 30mA
Nguồn 220VAC
Biến tần
Động cơ băng tải
0,8 ~ 10A 0.25A
Từ bảng tiêu thu ̣dòng điêṇ của các khối và các thiết bị trên, ta có dòng tiêu thụ là: ∑dòng DC = 4A
Nguồn 24VDC: Sử dụng bô ̣nguồn tổ ong 24V 10A.
Nguồn 220VAC: Sử dụng nguồn điện xoay chiều dân dụng 220V/50Hz.
3.3.3 Thiết kế sơ đồ đi dây tủ điện
Loại PLC nhóm sử dụng trong dây chuyền là S7-1200 1214C DC/DC/DC. Hình dưới đây là sơ đồ nối dây cho PLC S7-1200.
Bảng 3.3: Địa chỉ kết nối ngõ vào trên PLC
STT Tên thiết bi ̣ Địa chỉ kết nối ngõ vào trên PLC
1 Encoder pharse A I0.0
2 Encoder pharse B I0.1
3 Cảm biến cuối khung in I0.2
4 Cảm biến đầu khung in I0.3
5 Cảm biến phôi dưới I0.4
6 Cảm biến HT dưới của tay gắp I0.5
7 Cảm biến phôi trên I0.6
8 Cảm biến HT trên của tay gắp I0.7 Hình 3.48: Sơ đồ kết nối dây PLC S7 – 1200
Bảng 3.4: Địa chỉ kết nối ngõ ra trên PLC
STT Tên thiết bi ̣ Địa chỉ kết nối ngõ ra trên PLC
1 Step1_pulse Q0.0 2 Step1_dir Q0.1 3 Step2_pulse Q0.2 4 Step2_dir Q0.3 5 Step3_pulse Q0.4 6 Step3_dir Q0.5 7 Van 2 (hút phôi) Q8.0 8 Van 3 (dao) Q8.1
9 Van 1 (khung in) Q8.2
10 Động cơ băng tải Q8.3
11 Van 4 (gạt mực) Q8.4
b. Sơ đồ khí nén
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 GIỚI THIỆU 4.1 GIỚI THIỆU
Sau quá trình tính toán và chọn lựa các thiết bị để sử dụng trong dây chuyền nhóm đã tiến hành thi công. Việc thi công dây chuyền có hai phần chính là phần cơ khí và phần điện.
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG
Dựa theo chức năng hoạt động của các thiết bị trong dây chuyền, dây chuyền được chia thành 5 phần: Phần đặt phôi Phần cấp phôi Phần in Phần băng tải in Tủ điện
4.2.1 Thi công lắp ráp phần đặt phôi
Sau khi thiết kế và lựa chọn được các chi tiết phần đặt phôi nhóm sử dụng các linh kiện sau:
Bảng 4. 1: Danh sách các linh kiện lắp ráp phần đặt phôi. STT Tên linh kiện Số lượng Thông số Chú thích STT Tên linh kiện Số lượng Thông số Chú thích
1 Sắt hộp chữ nhật 2 3,1m Khung bàn đặt phôi
Khung bàn nâng đươc ̣ lắp ráp từ các thanh sắt hộp chữ nhật và được liên kết với nhau bằng mối hàn taọ nên một khung hoàn chỉnh.
Sau khi xong phần khung ta tiến hành gá tấm gỗ đặt phôi lên khung bằng vít.
4.2.2 Thi công lắp ráp phần cấp phôi
Sau khi thiết kế và lựa chọn được các chi tiết phần cấp phôi nhóm sử dụng các linh kiện sau:
Bảng 4.2: Danh sách các linh kiện lắp ráp phần cấp phôi STT Tên linh kiện Số lượng Thông số Chú thích STT Tên linh kiện Số lượng Thông số Chú thích
1 Trục vít me 1 40cm Nâng hạ tay hút
2 Thanh đỡ giác hút 1 2m Thanh gắn giác hút chân không 3 Giác hút chân không 3 Ø30 Hút phôi
4 Bộ dẫn hướng vít me 1 Để điều hướng khi lấy phôi
5 Dây đai răng 1 2m Di chuyển vít me
6 Bas 2 Dùng gá đỡ giác hút
chân không
Sau khi gia công các thiết bị ta tiến hành gắn các linh kiện lại với nhau bằng mối hàn và bulong đai ốc.
4.2.3 Thi công lắp ráp phần băng tải in
Sau khi thiết kế và lựa chọn được các chi tiết phần băng tải in nhóm sử dụng các linh kiện sau:
Bảng 4.3: Danh sách các linh kiện lắp ráp phần băng tải in
STT Tên linh kiện Số lượng Thông số Chú thích
1
Sắt hộp Hình chữ nhật 50x100
1 3m Khung băng tải
2
Sắt hộp Hình chữ nhật 20x40
3 Rulô băng tải 2 Ø90, 320mm Truyển momen cho băng tải
4 Băng tải PVC xanh
trơn 1 300x3200mm Vận chuyển phôi.
5 Gỗ tấm 7mm 1 450x700mm Tạo mặt phẳng để phôi
Sau khi gia công các thiết bị ta tiến hành gắn các linh kiện lại với nhau bằng mối hàn và bulong đai ốc.
4.2.4 Thi công lắp ráp tủ điện.
Sau khi thiết kế và chọn lựa thiết bị điện nhóm sử dụng các thiết bị sau: Bảng 4.4: Danh sách các thiết bị lắp ráp tủ điện phần in STT Tên linh kiện Số lượng Thông số Chú thích
1 CB 3 220VAC / 10A Đóng ngắt biến tần, nguồn 24V và nguồn tổng 2 PLC S7 1200 1212C DC/DC/DC
1 24VDC Bộ điều khiển trung tâm
3 SM 1222 1 24VDC Module I/O digital mở rộng
4 Relay 4 24VDC
6 Nguồn tổ ong 1 24VDC / 10A
Nguồn cấp điện áp ra 24VDC
8 Bas 3 Để gắn cố định các thiết bị điện lên đế tủ điện
9 Máng nhựa 1 1x0.3x0.5m Máng nhựa đi dây điện
Sau khi gia công các thiết bị ta tiến hành gắn các linh kiện lại với nhau bằng mối hàn và bulong đai ốc.
4.2.5 Lắp ráp, kiểm tra mô hình
Sau khi thiết kế từng phần của mô hình hoàn chỉnh, ta tiến hành lắp ráp các phần của mô hình laị với nhau. Sau đó thưc ̣ hiêṇ cân chỉnh các thiết bi ̣và sắp xếp mô hình môṭ cách hợp lý theo yêu cầu đề tài.
4.3 LẬP TRÌNH HÊ ̣THỐNG 4.3.1 Lưu đồ giải thuật 4.3.1 Lưu đồ giải thuật
Đối với hê ̣thống mô hình này sẽ đươc ̣ điều khiển thông qua màn Hình HMI và bảng điều khiển. Khi cấp nguồn cho hê ̣thống khởi động, bô ̣xử lý trung tâm PLC S7 – 1200 sẽ đươc ̣ cấp điêṇ , hê ̣thống có thể hoaṭ động ở chế đô ̣điều khiển bằng tay (Manual) và điều khiển tư ̣động (Auto) được hiển thị trên màn hình HMI.
a. Lưu đồ toàn hệ thống
b. Lưu đồ các chương trình con
4.3.2 Giới thiệu phần mềm lập trình TIA portal V15
Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa. Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens. Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7 V11 để lập trình các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC V11 để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính.