CHƯƠNG II : THIẾT KẾ MẠCH PHẦN CỨNG HỆ THỐNG
2.5 Xylanh khí nén và cảm biến xylanh
2.5.6. Van điện từ khí nén 5/2
Cấu tạo của van điện từ 5/2:
2 phần chính gồm coil và thân van:
Phần coil điện: Là nơi tiếp nhận nguồn điện từ bên ngoài, cho phép van hoạt động. Tùy
2nguồn điện mà có thể chọn loại coil điện cho phù hợp: nguồn AC hoặc nguồn DC 24V, AC 220V …
Phần thân van: Cấu tạo gồm 5 cửa và 2 vị trí được đánh dấu lần lượt A, B, R, P, S với
nhiệm vụ:
P: Nơi đưa nguồn khí nén vào R và S: cổng xả khí
27
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
A và B: là vị trí kết nối trực tiếp với xylanh, đưa áp suất đến xy lanh giúp xylanh hoạt động.
Nguyên lý hoạt động:
Khi có nguồn điện sẽ sinh ra lực từ trường. Lực này sẽ hút trục van chuyển động dọc trục và khiến cho các cửa van được mở ra để cho khí nén thơng cửa. Hoạt động này giúp cho van có thể thực điện nhiệm vụ cấp hoặc đóng dịng khí nén cho thiết bị cần hoạt động. Khi van nằm ở trạng thái bình thường hay cịn gọi là ở trạng thái van đóng thì cửa số 1 sẽ được thiết kế thông với cửa số 2. Trong khi đó thì cửa số 4 sẽ được thơng với cửa số 5. Nhưng khi van được cấp khí nén khiến cho van nằm trong tình trạng được mơ hồn tồn thì sẽ có sự thay đổi bắt đầu từ cửa số 1 và số 4. Ở đây sẽ xảy ra hiện tượng đảo chiều và khiến cho cửa số 1 thơng với cửa số 4. Trong khi đó thì cửa số 2 thơng với cửa số 3. Riêng cửa số 5 sẽ bị chặn lại. 2.5.7 Tính chọn van điện từ Thơng số kĩ thuật: Hình 2.11: Van điện từ 5/2 Số cổng 5 cổng 2 vị trí Kích thước cổng 1/4’’ ren 13
Áp suất hoạt động 0.15-0.8 Mpa
28
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Coil 1 coil 24 VDC
Bảng 2.10: Thông số van điện từ 5/2
2.5.8 Sơ đồ đấu nối van điện từ, van tiết lưu với xylanh
Hình 2.12: Sơ đồ đấu nối Van 5/2 với xy lanh
2.5.9. Dây nối khí nén và đầu nối khí nén
Hình 2.13: Dây khí và đầu nối van khí nén
A, Dây khí nén
-Khả năng chịu nhiệt tốt, chịu được một trường khắc nghiệt như các máy móc sản xuất cơng nghiệp.
- Chất lượng sản phẩm tốt tuổi thọ cao đa dạng màu sắc và kích thước phù hợp với nhiều
loại máy móc
29
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
-Áp suất hoạt động tối đa: 24kg/cm2
B, Đầu nối khí nén
Đầu nối khí nén là linh kiện nhằm liên kết những thiết bị khí nén như các loại ống dẫn và những thiết bị dẫn động khí nén
Có cấu tạo đơn giản gọn nhẹ và thường làm bằng Niken-Đồng để chống ăn mịn và ngăn ơ nhiễm hiệu quả.
2.6 Băng tải và động cơ kéo băng tải
Băng chuyền thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim để vận chuyển quặng, than đá,….Trên các kho bãi thì băng chuyền dùng để vận chuyển các loại băng bưu kiện, vật liệu hạt trong một số sản phẩm khác..
Ưu điểm của băng chuyền:
- Cấu tạo đơn giản, bền có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các phương nằm ngang, nghiêng…
- Vốn đầu tư khơng lớn, có thể tự động. - Vận hành đơn giản, dễ sửa chữa
- Năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với các máy vận chuyển khác không nhiều.
Cấu tạo chung của băng tải:
- Bộ phân mặt băng tải - Quả lô quay của băng tải
- Dây đai chuyền động giữa động cơ và trục quả lô của băng tải - Motor kéo băng tải
30
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Các loại băng tải trên thị trường hiện nay
Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại có thể lựa chọn một số loại băng tải sau:
Loại băng tải Tải trọng Phạm Vi Ứng Dụng
Băng tải dây đai < 50kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên công hoặc
vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp
Băng tải lá 25-125kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia công chuẩn bị
phôi và trong lắp ráp Băng tải thanh
đẩy
50-250kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên
khoảng cách >50m
Băng tải con lăn 30-500kg Vận chuyển chi tiết với khoảng cách <50m
Hình 2.10: Băng tải Mini
Động cơ kéo băng tải:
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một chiều. Động cơ điện một chiều được dùng phổ biến trong công nghiệp và ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục trong một phạm vi hoạt động.
31
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Động cơ điện một chiều hoạt động với điện áp thấp dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mô men mở máy lớn hoặc yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và trong phạm vi rộng.
Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều:
- Stator (phần tĩnh): gồm lõi thép bằng thép đúc vừa là mạch từ vừa là vỏ máy. Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
- Roto (phần động): gồm lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ, làm bằng các lá thép kĩ thuật điện dày khoảng 0.5 mm, phủ sơn cách điện ghép lại.Mỗi phần tử của dây quấn phần động có nhiều vịng dây, hai đầu với hai phiến góp, hai cạnh tác dụng của phần tử dây quấn trong hai rãnh dưới hai cực khác tên
- Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục rotor.
- Chổi than: làm bằng than graphit. Các chổi tỳ đặt lên cổ góp nhờ lị xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy.
Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Cấp điện áp một chiều vào hai chổi than,trong dây quấn phần ứng có dịng điện.Các thanh dẫn có dịng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm cho roto quay.Chiều của lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái.Khi phần ứng quay được nửa vịng vị trí của các thanh dẫn sẽ đổi chỗ cho nhau do có các phiến cổ góp đổi chiều dịng điện giữ cho chiều lực tác dụng không đổi.Khi động cơ quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng sức điện động.Chiều sức điện động xác định quy tắc bàn tay phải.Ở động cơ một chiều thì sức điện động ngược chiều với dòng điện nên còn gọi là sức phản điện động.
2.6.1 Tính chọn động cơ kéo băng tải
Chọn động cơ giảm tốc KM-3448A với công suất 10W
32
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Nguồn cấp 24VDC
Tốc độ 220 vòng/phút
Momen xoặn cực đại M 7.5N.m
Khối lượng 250g
Đường kính trục D 6 mm
Hệ số giảm tốc 50:1
Bảng 2.11: Thông số động cơ giảm tốc mini
Hình 2.11: Động cơ giảm tốc 1 chiều
2.6.2 Relay trung gian
Relay trung gian là loại thiết bị có chức năng chuyển mạch tín hiệu điều khiển và khuếch đại chúng với kích thước nhỏ. Thiết bị được lắp đặt ở vị trí trung gian nằm giữa thiết bị điều khiển công suất nhỏ và thiết bị cơng suất lớn hơn.
Hình 2.12: Relay trung gian
Cấu tạo của rơ le trung gian
33
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
-Cuộn hút nam châm điện
-Mạch tiếp điểm mạch lực
Nam châm điện: Bao gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây.Cuộn dây được dùng để cuộn cường độ, điện áp hoặc cuộn cả điện áp lẫn cường độ. Trong đó, lõi thép động được định vị bằng vít điều chỉnh găng bởi lị xo.
Tiếp điểm: Bao gồm tiếp điểm nghịch có vai trị đóng cắt tín hiệu thiết bị tải với dịng nhỏ được cách ly với cuộn hút.
Thông số relay:
Model LY2N 24V-5A
Kích thước 3.3x2.5x2cm Điện áp cuộn hút 24VDC Dòng qua các tiếp điểm 5A
Số chân 8 chân
Bảng 2.12: Thông số relay trung gian
2.7 Khối nguồn
Nguồn tổ ong là bộ nguồn biến đổi điện áp xoay chiều sang điện áp một chiều.
Ưu điểm:
- Hiệu suất cao - Giá thành thấp - Độ tin cậy cao
34
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
- Cung cấp dòng áp đủ để tránh trường hợp sụt áp ảnh hưởng tới mạch điện.
Hình 2.13: Nguồn tổ ong 24V
Thông số kĩ thuật:
Model S-120-24
Điện áp đầu vào 110V/220V AC
Điện áp đầu ra 24VDC
Dịng điện đầu ra 5A
Cơng suất 120W
Trọng lượng 520g
Kích thước 199x98x38
Chất liệu vỏ Kim loại
Nhiệt độ làm việc 0-40oc
Bảng 2.13: Thông số nguồn tổ ong 24V
2.8. Cảm biến vật cản hồng ngoại EE-SX và E3F-DS30C4
Cảm biến quang điện là một thiết bị được sử dụng để xác định khoảng cách, sự vắng mặt hoặc sự hiện diện của một đối tượng bằng cách sử dụng bộ phát ánh sáng, thường là tia hồng ngoại và bộ thu quang điện
35
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Hình 2.14: Cảm biến quang
Cảm biến quan E3F-DS30C4 để nhận biết sản phẩm trên băng tải
Thông số kĩ thuật: Nguồn cấp 6-36VDC Khoảng cách phát hiện 5-30cm Dịng kích ngõ ra 300mA Ngõ ra dạng NPN Đèn Led hiển thị Kích thước 18 x 68 mm
Bảng 2.14: Thông số cảm biến quang E3F-DS30C4
Cảm biến quang E3F-DS30C4
36
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Thông số: Nguồn cấp 5-24VDC Khoảng cách phát hiện 5 mm Tần số đáp ứng cao 1kHz Ngõ ra dạng NPN Đèn Led hiển thị Kích thước 18 x 20 mm Bảng 2.15: Thông số cảm biến quang chữ U
2.9 Tính chọn Aptomat
Aptomat là thiết bị đóng cắt trong mạch điện có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch
Hình 2.16: Aptomat Tính chọn Aptomat Thơng số: Model BS 11010TV Điện áp làm việc 220V Dòng điện định mức 10A Khả năng chịu dòng max 1.5kA
37
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Bảng 2.16: Thông số Aptomat
Kết luận chương II:
-Tìm hiểu về thơng số của bộ điều khiển S7 1200.Chọn được CPU và module phù hợp sử dụng cho bài tốn.
-Tìm hiểu về động cơ servo và bộ điều khiển. Tính chọn cơng suất động cơ phù hợp, đưa ra sơ đồ đấu nối, đi dây kết nối mạch động lực servo với driver, đi dây driver với PLC, cài đặt parameter driver với yêu cầu đặt ra.
-Tìm hiểu về màn hình giám sát và điều khiển HMI Weintek.Đưa ra thơng số của màn hình HMI.
-Tìm hiểu và tính chọn được những thiết bị khác như: Vitme, Xylanh, Cảm biến, Băng tải…
43
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN
3.1 Giới thiệu phần mềm TIA Portal
TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống. Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung mơi trường nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống.
TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất. Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống.
TIA Portal - Tích hợp tự động tồn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm. Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, tồn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành.
- TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác.
- Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng.
- Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát.
- Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống.
- Tích hợp mơ phỏng hệ thống.
- Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens.
44
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Tích hợp tất cả các phần mềm trong 1 nền tảng, chia sẻ cơ sở dữ liệu chung dễ dàng quản lý, thống nhất cấu hình. Giải pháp vận hành thiết bị nhanh chóng, hiệu quả, tìm kiếm khắc phục sự cố trong thời gian ngắn.
Tất cả các yếu tố: bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập trình và cấu hình trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết kiệm thời gian thao tác, thiết lập truyền thông giữa các thiết bị. Chỉ với 1 biến số của bộ lập trình PLC được thả vào màn hình HMI, kết nối được thiết lập mà khơng cần bất ký thao tác lập trình nào.
Hạn chế:
Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớ khổng lồ. Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý, tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng.
3.1.2 Kết nối PLC với PC qua giao thức TCP/IP
-Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP
-Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau
3.1.3 Khởi động và nạp chương trình trên TIA PORTAL cho S7 1200 Bước 1: Bước 1:
Hình 3.1: Biểu tượng phần mềm lập trình
Bước 2:
Click mở file “TIA Portal V15” trên Desktop của máy tính:
45
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
- Path: Chọn đường dẫn để lưu chương trình - Click vào “Create”:
Hình 3.2: Configure a device
Bước 3:
- Click vào “Configure a device”:
- Click vào “Add new device”:
- Chọn Click PLC/Simatic S7-1200/CPU/”CPU 1212C DC/DC/DC”/6ES7 212-1AE40- 0XB0
46
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Hình 3.3: Chọn CPU 1212 DC/DC/DC
Bước 4: Mở giao diện phần mềm Tia Portal
47
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Hình 3.5: Khai báo module SM1223
Bước 5: Lập trình ở chương trình chính OB
48
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
Bước 6: Download và connect với PLC thật.
Hình 3.7: Download to device
3.1.4 Các câu lệnh sử dụng trong bài tốn
Kí hiệu Khai báo Kiểu dữ liệu Mô tả
IN BOOL Tiếp điểm thường mở
IN BOOL Tiếp điểm thường đóng
OUT BOOL Lệnh set được tác động thì địa chỉ ngõ ra được đặt lên 1.
OUT BOOL Lệnh reset được tác động thì địa chỉ ngõ ra được tác động về 0
IN BOOL Nhận biết xung cạnh lên tín hiệu đầu vào
49
GVHD: TS. Lê Thị Thúy Nga SVTH: Đặng Minh Sơn
IN BOOL Nhận biết xung cạnh xuống tín hiệu đầu vào
Bảng 3.1: Tập lệnh cơ bản trong S7 1200
Timer TON trong S7 1200 Giản đồ thời gian timer TON
Tham số Khai báo Kiểu dữ liệu Vùng nhớ Mô tả
IN In Bool I, Q, M, D Cho phép bộ định thị hoạt
động PT In Time I, Q,M, D hoặc hằng số Giá trị đặt
trước cho bộ định thì Q Out Bool Q, M, L, D Ngõ ra của bộ
định thì