CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
3.2 Tính tốn và thiết kế cơ cấu cơ khí của hệ thống
3.2.14 Màn hình hiển thị EVIEW ET070
Để có thể kiểm sốt được số lượng sản phẩm cũng như điều khiển máy đóng được ở 2 chế độ bằng tay và tự động, đồng thời có thể kiểm tra các cơ cấu, vận hành đơn lẻ các hoạt động thì cần một màn hình hiển thị để người sản xuất có thể thao tác linh hoạt kiểm sốt được hệ thống. Vì vậy, em đã lựa chọn màn hình HMI Kinco ET070 để có thể thực hiện các yêu cầu ở trên
62
Hình 3. 36: Màn hình HMI Eview ET070
Thơng số kỹ thuật:
+ Nguồn cấp 24V + Công suất 4.5W
+ Điện trở cách điện: hơn 50MΩ 500VDC + Điện áp mở rộng: 12 – 28VDC
+ Hiển thị: 7 inch TFT + Độ phân giải: 800x480 + Độ sáng: 200cd/m2
+ Thời gian hoạt động của đèn nền 50000 giờ + Nhiệt độ hoạt động: 0 – 45oC
+ Bộ xử lý 32- bit 800 MHz RISC
+ Bộ nhớ: 128MB FLASH + 64MB SDRAM + Bộ nhớ mở rộng 1 USB Host
+ Khơng có Ethernet
+ Chương trình tải về cổng USB/ Serial
+ Cổng giao tiếp COM0: RS232/RS485-2, COM2: RS232
63
+ Hiệu suất CPU với 400 MHz tốc độ cao, vì vậy các xử lý dữ liệu điện và thông tin liên lạc tốc độ truyền tải, đa-trang tốc độ chuyển đổi trơn tru hơn.
+ Đèn nền đèn nền LED, độ sáng có thể được điều chỉnh, hơn với mơi trường thân thiện với năng lượng.
+ Màn hình rộng 16:9 màn hình rộng, màn hình TFT LCD, màu sắc 65536 màu sắc màn hình hiển thị nhiều màu sắc hơn.
+ Cảm ứng nhạy cảm windowlessn cho cảm ứng độ nhạy cao. + Cổng giao tiếp COM0: RS232/RS485-2/RS422, COM2: RS232
Hình 3. 37: Màn hình chính thao tác tự động
Hình 3. 38: Màn hình phụ
64
3.2.15 Biến tần
Trong máy đóng nắp tự động sử dụng động cơ điều khiển mâm xoay và động cơ siết nắp vì vậy em lựa chọn 2 biến tần để đấu với 2 động cơ trên. Vậy tại sao lại dùng biến tần? Bởi vì các tải cần phải thay đổi tốc độ liên tục để có thể đảm bảo phù hợp với tiến độ công việc. Qua phép biến đổi, ta biết rằng tốc độ của động cơ thay đổi bằng việc ta chỉnh tần số điện trên biến tần. Theo cơng thức tính tốc độ của động cơ: n=60f/p. Trong đó f là tần số, P là số cặp cực của motor (thông thường là P=2). Từ cơng thức này ta có thể thấy khi tần số thay đổi thì tốc độ sẽ thay đổi.
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp có thể điều chỉnh.
➢ Nguyên lý hoạt động:
Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha 220V (3pha 220V máy Japan) được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số cơng suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị khơng phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96.
Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
65
Hình 3. 40: Sơ đồ mạch điện của biến tần
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển.
Ở đây, công suất động cơ thấp nên chọn biến tần có cơng suất cao đảm bảo an toàn hoạt động của hệ thống, nên em lựa chọn biến tần Mitsubishi FR - E520 có cơng suất 0,1-0,4kW để đáp ứng được .
Hình 3. 41: Biến tần Misubishi FR - E520
➢ Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp đầu vào: 200 to 240 VAC 50/60Hz + Tần số đầu ra: 0,2 – 400 Hz
66
Hình 3. 42: Sơ đồ đấu dây điều khiển biến tần
+ Biến trở đấu vào chân số 10 cấp nguồn 10V, chân số 5 là 0V, chân giữa biến trở đấu vào chân số 2.
+ Công tắc chân chung đấu vào SD, chạy thuận đấu vào STF, chạy nghịch đấu vào STR.
+ Các chân còn lại dùng để làm chân đa cấp tốc độ hoặc JOG. + Ngõ ra analog có thể dùng chân FM với chân 0V là SD.
Biến tần Mitsubishi FR – E520 chỉ cho phép thay đổi thông số ở chế độ vận hành bằng keypad PU. Nếu đang ở chế độ chạy bằng lệnh ngồi thì ta cài thơng số P79 = 1 để chuyển sang chế độ PU. Quy trình thay đổi thơng số biến tần được trình bày như sau:
67
Hình 3. 43: Quy trình cài đặt biến tần FR - E520 3.2.16 Bộ lập trình MISUBISHI FX1S – 30MR 3.2.16 Bộ lập trình MISUBISHI FX1S – 30MR
- Vì nhu cầu ngõ vào và ngõ ra ít và dễ dàng tìm kiếm thiết bị thay thế và sửa chữa giá thành rẻ nên nhóm quyết định lựa chọn PLC MITSUBISHI FX1S- 30MR
➢ Giới thiệu PLC Mitsubishi Fx1s – 30MR
Với quy mơ máy đóng nắp sử dụng PLC Mitsubishi FX1S là hợp lý nhất, bởi nó phù hợp cho khơng gian và chi phí giá thành hợp lý.
a. Đặc điểm
PLC FX1S có khả năng quản lý số lượng I/O trong khoảng 10-34 I/O. Cũng giống như FX0S, FX1S khơng có khả năng mở rộng hệ thống. Tuy nhiên, FX1S được tăng cường thêm một số tính năng đặc biệt: tăng cường hiệu năng tính tốn, khả năng làm việc với các đầu vào ra tương tự thông qua các card chuyển đổi, cải thiện tính năng bộ đếm tốc cao, tăng cường 6 đầu vào xử lý ngắt; trang bị thêm các chức năng truyền thông thông qua các card truyền thông lắp thêm trên bề mặt cho phép FX1S có thể tham gia truyền thơng trong mạng (giới hạn số lượng trạm tối đa 8 trạm) hay giao tiếp với các bộ HMI đi kèm.
68
Hình 3. 44: PLC MITSUBISHI FX1S- 30MR
- Đặc tính kĩ thuật
69
70 c. Tên gọi
Hình 3. 45: Kí hiệu tên PLC
A) Loại PLC: FX1S B) Tổng số kênh của I/O
71 C) MPU – Đơn vị chính
D) R – Relay T – Transistor
E) Omit : Nguồn xoay chiều AC, tiêu chuẩn Nhật Bản D : Nguồn 1 chiều DC, tiêu chuẩn Nhật Bản
DS : Nguồn 1 chiều DC, tiêu chuẩn quốc tế, đầu ra rơ le, đã đăng kí CE & UL DSS : Nguồn 1 chiều, tiêu chuẩn quốc tế, đầu ra transistor nguồn 1 chiều DC, đã đăng kí CE & UL
ES : Nguồn xoay chiều AC, tiêu chuẩn quốc tế, đầu ra relay
ESS : Nguồn xoay chiều AC, tiêu chuẩn quốc tế, đầu ra transistor nguồn 1 chiều DC
F) UL : Đã đăng kí sản phẩm CE, UL d. Giao diện của FX1S 30MR – ES/UL
72
- Đặc trưng của PLC FX1S
Hình 3. 47: Mặt chính PLC FX1S
1) Lỗ lắp trực tiếp ( đường kính 4.5mm < 0.17’’)
2) Thiết bị đầu vào (24VDC) và thiết bị đầu cuối cung cấp điện 3) Thiết bị đầu ra và nguồn cung cấp điện kết thúc
4) Đèn báo trạng thái đầu vào 5) Đèn báo trạng thái đầu ra
6) Báo các trang thái PLC ( nguồn, chạy, lỗi) 7) Kẹp gắn ray DIN
8) Nhãn
9) Cổng thiết bị tùy chọn – băng ghi nhớ 10) Cổng lập trình
11) Chậu tương tự, D8030 đọc từ VR1, ở trên. D8031 đọc từ VR2, ở dưới cùng 12) Nút chạy/ dừng
f. Đấu ngõ vào PLC MITSUBISHI
Hiện nay trên thị trường PLC MITSUBISHI đều có 2 cách đấu dây ngõ vào số kiểu Sink và Source, nhưng những phiên bản cũ của hãng này chỉ dùng 1 kiểu sink.
73
Hình 3. 48: Tiêu chuẩn quốc tế/ nhật bản
Trong máy đóng nắp em sử dụng PLC FX1S 30MR ES/UL vì thế trên đầu
vào PLC sẽ có chân S/S ( cịn dịng PLC khơng có đi hoặc có đi 001 thì sẽ là chân COM), chân S/S sẽ có thể đấu tùy ý +24 hoặc 0V. Nếu đấu vào chân 24V thì PLC kích âm (đấu kiểu sink), cịn đấu vào chân 0V thì PLC kích dương ( đấu kiểu source)
+ Đấu kiểu Source
Hình 3. 49: Kiểu đấu Source
Chân SS là chân chung được đấu với nguồn 0VDC
Tại (2) là kiểu đấu thường dùng cho các loại cảm biến ví dụ như cảm biến tiệm cận loại PNP
Tại (4) là kiểu đấu thường dùng cho các loại nút nhấn, chuyển mạch, công tắc hành trình..
74
Hình 3. 50: Kiểu đấu Sink
Chân SS là chân chung được đấu với nguồn +24VDC
Tại (3) là kiểu đấu thường dùng cho các loại cảm biến ví dụ như cảm biến tiệm cận loại NPN
Tại (4) là kiểu đấu thường dùng cho các loại nút nhấn, chuyển mạch, cơng tắc hành trình..
Để có thể đạt được hiệu quả trong q trình lấy tín hiệu từ cảm biến thì em sử dụng cảm biến có tín hiệu NPN. Tín hiệu NPN cho kết quả chính xác nhất khi tín hiệu kích âm (0V) khi đo động cơ khi chạy, nếu sử dụng tín hiệu PNP kích dương thì tín hiệu bắt buộc phải đủ 24V thì cảm biến mới nhận được, trong thực nghiệm khi quay động cơ với tốc độ cao thì nguồn điện chỉ dao động mức 20V khơng đủ để cảm biến nhận được, ngồi ra sử dụng dạng NPN tức là khơng có điện áp trên tiếp điểm sẽ giúp hạn chế khả năng cháy nổ khi xảy ra sự cố.
g. Đấu ngõ ra PLC MITSUBISHI
Đối với plc mitsubishi thì ngõ ra tín hiệu thường có hai dạng là MR( ngõ ra relay) và MT( ngõ ra transisotor).
75
Hình 3. 51: Dạng Relay
Dạng ngõ ra MR sử dụng tiếp điểm relay để đóng ngắt tín hiệu nên thường có tần số ngõ ra tối đa khoảng 1-5Hz trở lại.
Trên ngõ ra PLC sẽ chia ra các cổng COM tương ứng với một hoặc một nhóm ngõ ra dùng chung mức điện áp. Ngõ ra dạng relay được đấu nối như sau: COM0 và Y0 sẽ đóng vai trị như một tiếp điểm thường hở của relay, khi OUT tín hiệu ra Y0 thì hai điểm này sẽ nối nhau. Hoàn toàn tương tự với các cặp tiếp điểm khác như COM1-Y1, COM2-Y2, COM2-Y3, COM2-Y4, COM2-Y5... cũng tương tự. Khi đó với việc có nguồn ni bên ngồi, mạch điện sẽ trở thành một mạch điện khép kín và có dịng điện chạy qua tải.
Với sơ đồ hình 3.33:
+ COM0 và COM1 đấu chung với chân dương của nguồn điện 1 chiều, đầu ra Y0 và Y1 đấu vào chân dương của tải.
+ COM2 đấu với nguồn xoay chiều, các đầu ra Y2 Y3 Y4 Y5 đấu với tải xoay chiều.
76
➢ Dạng transistor
Hình 3. 52: Dạng transistor
Loại ngõ ra Transistor đóng ngắt bằng linh kiện bán dẫn nên có tốc độ đóng ngắt nhanh, có thể dùng để phát xung tốc độ cao lên tới 100Khz, 200Khz, 500Khz. Nó chịu được số lần đóng ngắt lớn, tuổi thọ tính theo số lần đóng ngắt thì lớn hơn ngõ ra Rơ-le rất nhiều. Khả năng chịu dòng của chân này rất thấp, dịng qua nó chịu giới hạn dưới 0.5A nên bắt buộc sử dụng thêm rơ le trung gian.
Chân COM0 và Y0 sẽ được nối nhau bằng 1 transistor. Khi out ra Y0 thì transistor sẽ dẫn và chân Y0 nối với COM0, lúc này sẽ có nguồn chảy qua tải. Tương tự đối với COM1 và Y1. Các chân còn lại sử dụng chung chân COM2. Bởi vì tín hiệu ngõ ra PLC để điều khiển van khí nén đóng mở xi lanh hơi và điều khiển biến tần của máy đóng nắp thường có tần số thấp nên em lựa chọn PLC dạng relay, bên cạnh đó mỗi ngõ ra PLC em đều sẽ dùng relay trung gian nối trước khi kết nối đến các van điện, biến tần và bộ điều khiển để đảm bảo an toàn và độ bền
77
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.1 Sơ đồ điện của hệ thống 4.1 Sơ đồ điện của hệ thống
78
Hình 4. 2: Sơ đồ mạch điều khiển
Start Stop Reset
24V 0V Màn hình HMI
Nguồn 24V
V+ V-
Đầu vào PLC Fx1s – 30 MR
X0 X1 X2
79
80
4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
81
4.3. Lưu đồ thuật toán
- Dựa vào nguyên lý hoạt động của hệ thống ta có được sơ đồ thuật tốn như sau:
Hình 4. 6: Lưu đồ thuật tốn máy đóng nắp 4.4. Nguyên lý hoạt động 4.4. Nguyên lý hoạt động
Bấm nút start để khởi động hệ thống. Kiểm tra tình trạng phơi trong phễu nếu chưa đủ phơi trên đường dẫn để tham gia q trình đóng siết nắp thì ta thao tác trên màn hình chuyển sang chế độ bằng tay, bấm nút để chạy 2 phễu rung nắp
82
vàng và nắp đỏ. Khi phôi đã đủ cho ta bấm dừng 2 phễu lại, chuyển chế độ bằng tay sang chế độ tự động và bấm khởi động chạy.
Mâm xoay bắt đầu quay, nắp vàng từ đường dẫn chạy vào mâm và xoay mâm đem nắp vàng đến vị trí tại cơ cấu đẩy nắp đỏ. Tại đây, cảm biến quang nhận cảm biến nắp vàng dừng mâm lại 0.3s đồng thời tại vị trí xi lanh cấp nắp đỏ cảm biến quang nhận được nắp đỏ thì cho xi lanh đẩy nắp đỏ ra. Nắp đỏ chịu lực đẩy xi lanh đẩy ra và rơi xuống chồng lên nắp vàng. Thời gian đẩy ra và thụt về của xi lanh cấp nắp đỏ là 0.4s cho từng quá trình.
Sau khi nắp được cấp thành công, mâm xoay tiếp tục quay đưa 2 nắp đến vị trí xi lanh dập. Xi lanh dập chuyển động tịnh tiến từ trên xuống dưới đóng 2 cơ cấu nắp lại với nhau, sao cho lõi trong nắp đỏ được dập khít tới phần ren vặn của nắp vàng, quá trình dập nắp đi lên và đi xuống mất 0.4s.
Khi 2 nắp dập xong thì mâm xoay tiếp tục xoay đưa nắp tới vị trí của cơ cấu siết. Vì để đảm bảo siết ln đủ nên motor siết luôn quay khi khởi động máy. Khi đến vị trị siết cũng như xi lanh dập, xi lanh siết chuyển động tịnh tiến đi xuống để tham gia quá trình siết ( khác với quá trình dập xi lanh siết thụt xi lanh để hạ motor xuống). Motor siết tiếp xúc nắp đỏ và vặn nắp theo đường ren của nắp đến khi nắp chặt thì mới cho xi lanh đưa motor lên. Trong quá trình motor siết đưa xuống thì xi lanh chặn dưới mâm cũng hoạt động đồng thời, xi lanh này đẩy lên chạm vào mặt trong của nắp vàng nhằm giữ cho nắp vàng cân bằng đồng thời khi motor siết xuống và xi lạnh chặn đi lên tác động lẫn nhau, nắp ở giữa chịu 2 lực tác động sẽ giúp nắp vặn chắc chắn hơn
Nắp vặn xong thì các xi lanh đưa cơ cấu trở về, đồng thời mâm xoay quay
đưa thành phẩm đến vị trí thốt ra để người cơng nhân kiểm tra lỗi trước khi đóng gói.
4.5. Xác định đầu vào, ra
Bảng 4. 1: Tín hiệu đầu vào PLC
83
X0 Start: bắt đầu hoạt động hệ thống
X1 Reset
X2 Stop
X10 Cảm biến nắp vàng
X11 Cảm biến mâm xoay
X12 Cảm biến nắp đỏ Bảng 4. 2: Tín hiệu đầu ra PLC Tên Chức năng Y0 Xi lanh cấp nắp đỏ Y1 Xi lanh dập Y2 Motor siết Y3 Xi lanh siết nắp Y4 Mâm xoay Y5 Phễu đỏ Y6 Phễu vàng Y7 Xi lanh chặn dưới
Bảng 4. 3: Bit nhớ sử dụng trong chương trình
Tên Chức năng
M1 Chạy mâm xoay
M2 Dừng mâm xoay
M3 Chờ
M4 Mâm nhân cảm biến nắp vàng
M5 Mâm chưa nhận cảm biến nắp vàng
M11 Chờ
M12 Đẩy nắp đỏ
84 M14 Khởi động lại M20 Chờ M21 Dập nắp M22 Tín hiệu dập M31 Motor chạy
M32 XL chặn dưới lên_ XL siết xuống
M33 XL chặn dưới xuống_ XL siết lên
M34 Trở về ban đầu M40 Nút Auto/Manu M41 Manual M42 HMI Start M43 HMI Reset M44 HMI Stop M47 Auto M49 Trạng thái stop M50 HMI XL nắp đỏ M51 HMI XL dập
M52 HMI motor siết
M53 HMI XL siết nắp
M54 HMI mâm xoay
M57 HMI XL chặn dưới