Thông s ố kỹ thuật
Điện áp làm việc 12 – 24 VDC
Dòng tiêu thụ 35mA trở xuống
Nhiệt độ hoạt động -10°C đến +55°C
Thời gian đáp ứng 500 µs
Trọng lượng Xấp xỉ 61g
3.3.2.6 Khối phân lo ại
a. Cảm biến mức nước chất lỏng ( Y26 )
Giới thiệu
Cảm biến mực chất lỏng không ti ếp xúc (Y26) thường được dùng để xác định mực chất lỏng trong bể chứa, trong cơng nghi ệp bởi có đọ bền và độ an tồn cao, và
không ti ếp xúc v ới chất lỏng. Được thiết kế với đầu dịb ằng nhựa cóth ể uốn dẻo chun dụng ơm khít xung quanh thành ống để xác định mực nước, chất lỏng trong ống khi đạt tới vị trí đặt cảm biến, cảm biến mực chất lỏng có kh ả năng xuyên qua các thành phi kim dày.
Cấu tạo
Hình 3. 22 Sơ đồ đấu dây
Hình 3. 23 Cảm biến trong thực tế- Thơng s ố kỹ thuật - Thông s ố kỹ thuật Điện áp s ử dụng 5~24VDC. Dòng tiêu th ụ 40mA Nhiệt độ hoạt động -20°C đến +70°C Tần số đáp ứng 10KHz
Xi lanh đẩy Cấu tạo
Cấu tạo của xi-lanh khínén g ồm các thành ph ần như sau: Thân tr ụ (Barrel) vàpít -tơng (Piston).
Trục pít -tơng (Piston rod).
Các l ỗ cấp, thốt khíCap -end port và Rod -end port.
Hình 3. 24 Cấu tạo xi-lanh
Nguyên lý chung
Khi được kích thích, khơng khínén vào thành ống với một đầu của piston vàdo đó sẽ chiếm khơng gian trong xi -lanh. Lượng khínày l ớn dần sẽ làm piston di chuy ển, khi piston di chuyển sẽ sinh ra cơng vàlàm thi ết bị bên ngồi ho ạt động.
Phân lo ại
Xi-lanh có r ất nhiều loại khác nhau v ề kiểu dáng, kích c ỡ. Các lo ại được ứng dụng nhiều làxi -lanh tác động đơn, xi-lanh tác động kép.
Xi-lanh tác động đơn SAC: Sử dụng lực khí nén đưa khơng khí vào trong làm cho piston xi-lanh sinh công chuy ển động theo hướng ra ngồi, sau đó lùi lại bằng lực kéo c ủa lị xo. Xi -lanh có 1 l ỗ đưa khí vào và 1 lỗ thốt khí. Thường xi-lanh loại này dùng van điện từ 3 cửa 2 vị trí để điều khiển.
Xi-lanh tác động kép DAC: Sử dụng khí nén đưa vào hai đầu xi-lanh đẩy piston ra ngoài và lùi l ại nên xi -lanh có 2 hành trình ra và hành trình vào d ựa vào van điều khiển xi-lanh.
Mặc dù xi -lanh tác động đơn và xi-lanh tác động kép là lo ại bình ph ổ biến nhất của xi-lanh khínén, các lo ại sau đây không phải là đặc biệt hiếm:
Xi-lanh xoay: Bộ truyền động sử dụng khơng khí để truyền động qua. Xi-lanh trượt: Bộ truyền động sử dụng khớp nối cơ học hoặc từ để truyền đạt lực, điển hình cho m ột chiếc bàn ho ặc một thân khác di chuy ển dọc theo chiều dài của thân xi -lanh, nhưng khơng vượt qnó.
3.3.2.7 Khối mâm xoay
Để mâm xoay đúng 900 nhóm ch ọn servo làm động cơ cho khối mâm xoay. Động cơ Servo R7M-A40030 của hãng Omron
Hình 3. 25 Động cơ AC Servo R7M-A40030
Thơng s ố kỹ thuật
Mục Ý nghĩa
Dùng với bộ điều khiển Servo (R7D-) AP04H
AP04L
Kiểu dáng Loại thân dài
Công suất danh định 400W
Tốc độ quay danh định 3000 vòng/phút
Tốc độ quay tối đa (ngắn hạn) 4500 vịng / phút
Mơ men tối đa 3.82 N.m
Dịng điện danh định 2.6 A (rms)
Dòng điện tối đa (ngắn hạn) 8.0 A (rms)
Qn tính rơ to 1.87x10-5kg.m2
Power rate 46.8kW/s
Tải xoay cho phép 245 N
Tải ấn dọc trục cho phép 74 N
Trọng lượng (không phanh) 1.7 kg
Độ phân giải của encoder 2,000 xung / vòng quay cho pha A
vàpha B, 1 xung/ vịng quay cho pha Z
Kích thước tấm chắn bức xạ t6 x 250 mm2
Đặc tính phanh
Quán tính phanh 6.4x10-6 kg.m2
Điện áp kích thích 24 VDC ±10%
Cơng suất tiêu thụ 7 W
Dịng điện tiêu thụ 0.29 A
Mơ men ma sát tĩnh 1.47 N.m
Thời gian đóng phanh tối đa 60ms
Thời gian nhả phanh tối đa 20ms
Backlash (độ giật lùi) 1o
Kiểu phanh Liên tục
Mức độ cách ly Loại F
Nhiệt độ hoạt động 0 tới 40o C
Độ ẩm hoạt động 20% tới 90% (không ngưng tụ)
Nhiệt độ lưu kho -20 tới 60oC
Khả năng chịu rung 10 tới 55 Hz theo các chiều X,Y,Z
Điện trở cách điện Giữa dây nguồn với dây FG: tối
thiểu 10 MΩ (ở 500VDC)
Vị trí chạy Bất cứ chiều thuận nghịch
Mức độ cách ly Loại B
Cấu trúc Cấu trúc tự tỏa nhiệt
Cấu trúc bảo vệ Tiêu chuẩn IP55 cho cả động cơ
loại mỏng và loại hình trụ
Tiêu chuẩn quốc tế Đạt tiêu chuẩn UL, cUL và EN
(chuẩn EMC và chuẩn điện áp thấp)
a. Driver R7D-AP04H
Thông s ố kỹ thuật
Mục Ý nghĩa
Cơng suất 400W
Có thể dùng với động cơ
servo (R7M -) A40030AP40030
Dòng điện ra (rms) 2.6
Dòng điện ra tối đa 8.0
Nguồn cấp Nguồn 1 pha 200/230 VAC (từ 170 đến
253V) tần số 50/60Hz
Phương pháp điều khiển Điều khiển số
Phản hồi tốc độ 2000 xung/ vòng quay sử dụng encoder lũy
tiến
Phương pháp biến tần Điều chế độ rộng xung bằng IGBT
Tần số băm xung 11.7 kHz
Trọng lượng (kg) 1.1
Công suất động cơ 400W
Đáp ứng xung điều khiển 250kHz
Nhiệt độ hoạt động 0 tới 55oC
Độ ẩm hoạt động Tối đa 90% (không ngưng tụ)
Nhiệt độ lưu kho -20 đến 85oC
Môi trường hoạt động Khơng có khí hóa chất ăn mịn
Khả năng chịu rung 10 tới 55 Hz theo các chiều X,Y,Z
Điện trở cách điện Giữa dây nguồn với vỏ: tối thiểu 0,5 MΩ
b. Cảm biến tiệm cận
Để mâm xoay vào đúng vị tríta c ần xác định một điểm gốc trên mâm xoay và lấy điểm gốc đó làm vị trí0 cho servo.
Do sử dụng một con ốc kim loại để làm điểm gốc cho mâm xoay nên nhóm ch ọn cảm biến tiệm cận loại điện từ để thiết bị chỉ phát hi ện được vật bằng kim loại.
Cấu tạo
Hình 3. 27 Cơ đồ cấu tạo và đấu dây
Thông s ố kỹ thuật
Điện áp làm việc DC 6-36VDC
Dòng tiêu thụ 300mA
Tần số đáp ứng 100Hz
Nhiệt độ hoạt động -25°C to +55°C (Non -freezing
Condition)
Kích thước 7.5 x 4cm/3'' x 1.6'' (L*Max. Dia)
3.4 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC
3.4.1 Sơ đồ mạch động lực Driver servo
3.4.2 Sơ đồ mạch động lực động cơ
Hình 3. 30 sơ đồ mạch động lực động cơ
3.5 SƠ ĐỒ KẾT NỐI HỆ THỐNG
3.6 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC VỚI DRIVER SERVO
Hình 3. 32 Sơ đồ kết nối PLC với Driver Servo
Q0.0 cấp xung cho Driver.
Q0.1 điều chỉnh hướng.
Q1.0 điều khiển relay chân Run cho phép Driver hoạt động.
Chú ý : Chọn một giátr ị cho điện trở R để dòng điện đầu vào s ẽ từ 7 đến 15 mA.
Vcc R
24VDC 1.6KΩ đến 2.4KΩ
12VDC 750 đến 1.1 KΩ
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 GIỚI THIỆU
Sau khi tính tốn, thi ết kế, đề ra được những phương án cụ thể, nhóm ti ến hành thi cơng h ệ thống. Hệ thống được thi công bao g ồm ba phần chính là thi cơng ph ần cơ khí vàthi cơng phần điện vàthi ết kế giao diện điều khiển vàgiám sát . Cụ thể như sau: Về phần cơ khí: Tiến hành l ắp ráp các thiết bị vào mơ hình đã gia cơng trước đó.
Về phần điện: Kết nối PLC và các module với nhau bằng dây điện.
Về điều khiển vàgiám sát : Xây d ựng giải thuật vàvi ết chương trình cho hệ thống. Chương trình được lập trình d ựa vào n guyên lýho ạt động của hệ thống từ khi cấp nguồn cho đến khi hệ thống ngừng hoạt động, áp d ụng được giải thuật điều khiển vào mơhình một cách t ối ưu nhất.
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG
Bảng 4. 1 Danh sách linh ki ện
STT Tên linh ki ện Số lượng
1 PLC S7-1200 CPU 1215C DC/DC/DC 1
2 Driver R7D-AP04H của hãng Omron 1
3 Động cơ Servo R7M-A40030 1
4 Băng tải 2 5 Cảm biến tiệm cận 1 6 Cảm biến quang 4 7 Cảm biến nhãn SU -02XP 1 8 Cảm biến mức nước 1 9 Động cơ dán nhãn 1 10 Động cơ nắp chai 1 11 Xi-lanh 2 12 Nút nhấn 4 13 Relay 8 14 Đèn báo 5 15 Nguồn tổ ong 24VDC 1 16 Nguồn tổ ong 12VDC 1
4.2.1 Thi cơng phần cơ khí
4.2.1.1 Thi cơng h ệ thống khínén
Với thiết kế cơ khí ở trên cơ cấu đẩy sử dụng xi-lanh tác động kép, ở trạng thái van điện từ khơng tích c ực nhưng xi-lanh ở trạng thái đẩy ngược lại khi van điện từ tích cực (cótín hi ệu từ PLC) xi-lanh kéo v ề nên ta thi cơng h ệ thống khí nén theo sơ đồ sau:
Hình 4. 1 Ngun lýthi cơng khínén
4.2.1.2 Thi cơng hệ thống mâm xoay
Phần quan trọng nhất của hệ thống là cơ cấu mâm xoay, v ới mỗi vị tríc ủa mâm xoay thìh ệ thống thực hiện một cơng vi ệc cụ thể (chiết rót, g ạt nắp, đóng nắp…). Vì vậy trước khi vận hành h ệ thống, phải đảm bảo rằng mâm ph ải đặt đúng với vị tríb ắt đầu.
Hình 4. 3 Cơ cấu mâm xoay
4.2.2 Thi công ph ần điện
Với dây chuy ền này nhóm quy ết định chọn bảng điện thay vìt ủ điện, vừa phù hợp với hệ thống đồng thời cũng làm mát cho các thiết bị điều khiển (PLC, Driver,..).
Sơ đồ thi dây b ảng điện điều khiển
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
51
4.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT
Qui trình ho ạt động
Đầu tiên, c ấp nguồn cho hệ thống.
Chiết rót : Khi băng tải 1 đưa chai vào cảm biến sẽ nhận biết có chai vào,
băng tải 1 ngừng lại sau đó bơm sẽ hoạt động để bơm một lượng nước nhất định vào chai. Khi chai đã được bơm đầy nước thì bơm sẽ ngắt vàmâm xoay hoạt động để đưa chai đến vị tríc ấp nắp.
Cấp nắp: Khi chai đi qua vị tríc ấp nắp sẽ được cấp nắp, sau khi chai được
cấp nắp thì mâm xoay đưa chai đến vị trí đóng nắp.
Đóng nắp: Cảm biến đóng nắp chai sẽ nhận biết cóchai t ới, xi – lanh nắp
sẽ đẩy động cơ nắp xuống và động cơ sẽ đóng nắp cho chai.
Dán nhãn : Khi cảm biến đóng nắp chai hoạt động thì băng tải 2 và động cơ
nhãn cũng hoạt động đưa chai đến vị trídán nhãn chai.
Phân lo ại: Khi chai đến vị tríphân lo ại cảm biến chai ra hoạt động, băng tải
2 ngừng đồng thời cảm biến mức nước vàc ảm biến nắp chai sẽ kiểm tra chai.
Giải thích lưu đồ
Nhấn ON đèn ON sáng, động cơ servo bắt đầu quay nghịch cho đến khi cảm biến góc lên m ức 1 servo ngừng quay vàset làgóc 0 , sau đó băng tải 1 và 2 hoạt động.
Khi cảm biến chai vào lên m ức 1 băng tải 1 ngừng hoạt động, động thời
bơm sẻ hoạt động cấp nước cho chai, sau 6s bơm ngừng và đếm chai vào + 1.
Mâm xoay quay góc 900 sau khi cấp nước xong hoặc khi khơng có chai vào 9s.
Khi cảm biến đóng nắp lên m ức 1, xi – lanh nắp và động cơ nắp hoạt động, sau 4s động cơ nắp ngừng hoạt động, xi – lanh nắp trở về vị trí ban đầu.
Khi cảm biến đóng nắp xuống mức 0, động cơ dán nhãn hoạt động cho đến
khi cảm biến nhãn t ừ mức 1 về mức 0.
Khi cảm biến kiểm tra lên m ức 1, băng tải 2 ngừng.
- Khi cảm biến nước vàc ảm biến nắp cùng lên mức 1: băng tải 2 hoạt động đếm sản phẩm đạt + 1.
Khi 1 trong 2 cảm biến nước vàc ảm biến nắp ở mức 0: Xi – lanh đẩy đẩy chai ra và tr ở lại vị trí ban đầu sau 4s đếm sản phẩm lỗi + 1, băng tải 2 tiếp tục hoạt động.
Nhấn OFF đèn OFF sáng băng tải 1 ngừng sau 45s thìng ừng tồn b ộ hệ
thống.
Nhấn STOP đèn OFF và đèn STOP sáng ngừng toàn b ộ hệ thống.
Nhấn RESET xóa h ết các giátr ị đếm.
4.4 ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT4.4.1 Viết chương trình điều khiển 4.4.1 Viết chương trình điều khiển
Chương trình điều khiển của hệ thống được viết bằng ngôn ng ữ LAD, viết trên ph ần mềm TIA portal V13, điều khiển PLC S7-1200.
Bước 1: Tạo một project mới bằng cách chọn “Create new project” ở giao diện
TIA Portal, đặt tên project ở khung “Project name” và chọn được dẫn ở khung “Path”, sau đó nhấn “Create”.
Hình 4 . 7 Đặt tên cho d ự án
Bước 2: Chọn thiết bị cho Project bằng cách nhấn “Configure a device” → “Add
new device”, chọn CPU 1215C DC/DC/DC rồi nhấn Add để đi đến vùng làm việc chính của phần mềm.
Bước 3. Mở vùng vi ết chương trình bằng cách chọn mục “Program block” →
“Main [OB1]”.
Hình 4. 9 Giao diện viết chương trình PLC
Chương trình điều khiển:
Chương trình điều khiển được viết hồn ch ỉnh được trình bày ở phụ lục.
Bảng 4. 2 Bảng tag các ngõvào, ngõra
Đầu vào Đầu ra
Tên thi ết bị Địa chỉ Tên thi ết bị Địa chỉ
Nút nh ấn ON I0.0 +PULS(DRIVER) Q0.0
Nút nh ấn OFF I0.1 -SIGN(DRIVER) Q0.1
Nút nh ấn STOP I0.2 Băng tải 1 Q0.2
Nút nh ấn RESET I0.3 Băng tải 2 Q0.3
Cảm biến góc I0.4 Động cơ nắp/Xi - lanh nắp Q0.4
Cảm biến chai vào I0.5 Động cơ nhãn Q0.5
Cảm biến nắp I0.6 Xi - lanh đẩy Q0.6
Cảm biến nhãn I0.7 Đèn STOP Q0.7
Cảm biến mức nước I1.0 Đèn ON/OFF Q1.0
Cảm biến nắp I1.1 Bơm Q1.1
Thiết lập cấu hình cho kh ối xung PTO
Thiết lập các thông s ố cho khối phát xung PTO sao cho phùh ợp với Driver vàServo Motor nhằm tránh hi ện tượng quá t ải hoặc tránh hi ện tượng không c ấp xung được cho Servo hoạt động.
Để phát xung cho Driver điều khiển động cơ Servo ta thực hiện các bước sau: - Bước 1: Tạo một hệ trục để điều khiển.
- Bước 2: Thiết lập các thơng s ố cấu hình ph ần cứng, phần mềm. - Bước 3: Viết chương trình điều khiển phát xung.
Cách t ạo hệ trục và điều khiển phát xung để động cơ Servo quay 900 1. Tạo hệ trục Axis
2. Chọn xung và đơn vị khoản cách
Hình 4. 11 Chọn xung và đơn vị khoảng cách cho Axis
3. Chọn kiểu phát xung, chân phát xung và chân điều khiển chiều động cơ trên PLC
Hình 4. 12 Thiết lập kiểu phát xung và chân điều khiển Axis
4. Chọn số xung cho một vòng quay c ủa động cơ Servo là 10000 (dựa theo thống số của thiết bị)
Chọn góc quay cho một vịng của động cơ Servo là 360.0 (trục động cơ kết nối trực tiếp mâm xoay, khơng có hộp giảm tốc).
Hình 4. 13 Thiết lập thơng s ố cho động cơ
5. Chọn tốc độ khởi động, tốc độ cực đại, thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc cho động cơ.
6. Chương trình điều khiển phát xung cho động cơ Servo quay góc 900
Để phát xung điều khiển động cơ Servo quay góc 900, đầu tiên ta cần cho phép hệ trục mà ta đã thiết lập thông s ố như trên hoạt động bằng hàm MC_Power. Khi tín hi ệu Enable lên 1 thìh ệ trục trên m ới được cho phép ho ạt động vàth ực thi các l ệnh khác.
Để động cơ Servo quay góc 900, ta dùng hàm MC_MoveRelative. Ta ch ọn khoảng cách (góc quay) là 90 0, vận tốc 900/s. Sau đó ta kích xung cho chân Excute_PTO thì lệnh sẽ được thực thi và xung sẽ được phát từ PLC tới chân +PULS của Drive.
4.4.2 Thiết kế giao diện giám sát
Với mục tiêu là giúp người dùng d ễ dàng điều khiển và giám sát được quy trình ho ạt động của hệ thống nhóm xây d ựng giao diện giám sát SCADA trên giao di ện Phần mềm WinCC Runtime Advanced.
Giao diện cho phép người dùng điều khiển trực tiếp vàgiám sát tr ạng thái ho ạt động của từng thiết bị.
Hình 4. 15 Kết nối giữa PLC với Wincc