3.3.2.3 Khối nút nhấn
Cấu tạo
Gồm nút điều khiển, một cặp tiếp điểm thường kín, m ột cặp tiếp điểm thương hở và loxo đẩy.
Công d ụng
Nút nh ấn dùng để đóng cắt mạch điện ở mạch hạ áp. Nút nh ấn thường được dùng để điều khiển các rơle, công tắc tơ, chuyển đổi mạch tín hi ệu, bảo vệ phổ biến là dùng nút nh ấn trong mạch điều khiển động cơ để khởi động hay thay đổi chiều quay. Nút nh ấn có hai lo ại: Nút nh ấn thường hở vànút nh ấn thường kín.
Thơng s ố kỹ thuật
Nút nhấn nhựa không đèn (Nhấn nhả)
Số tiếp điểm 1NO + 1 NC
Điện áp hoạt động AC/DC 230, 380
Điện trở tiếp xúc ≤50mΩ
Hình 3. 9 nút nhấn
3.3.2.4 Đèn báo
Thơng s ố kỹ thuật
Loại Có / Khơng đèn
Hình dáng Trịn, vng, hình chữ nhật
Nguồn cấp đèn 24VDC
Hiển thị Đèn Led, sợi đốt
Màu Đỏ, vàng, xanh lá
Ngõ ra SPDT, DPDT
Cấp bảo vệ IP40, IP66
Thiết bị đóng ngắt Relay
Cấu tạo
Module 1 Relay với opto cách ly nh ỏ gọn, có opto và transistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an tồn v ới board mạch chính. M ạch được sử dụng để đóng ngắt nguồn điện cơng su ất cao AC hoặc DC, có th ể chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper.
Nguyên lý làm vi ệc
Tiếp điểm đóng ngắt gồm 3 tiếp điểm NC (thường đóng), NO (thường mở) và COM(chân chung) được cách ly hồn tồn v ới board mạch chính, ở trạng thái bình thường chưa kích NC sẽ nối với COM, khi có tr ạng thái kích COM s ẽ chuyển sang nối với NO vàm ất kết nối với NC.
Thông s ố kỹ thuật
Điện áp cuộn Coil 24 VDC
Dòng điện 5A
Số cặp tiếp điểm 4 cặp
3.3.2.5 Khối đóng nắp
a. Động cơ vặn nắp chai
Nhóm đã thử nghiệm rằng: Với việc dùng động cơ 24VDC thì thời gian màn ắp chai được vặn chặt chỉ bằng một nửa thời gian nước được bơm vào chai mới. Vừa nhanh màl ại rẻ tiền nên nhóm đã chọn động cơ này cho cơ cấu vặn nắp.
Hình 3. 13 Động cơ vặn nắp chai
Thông s ố kỹ thuật
Điện áp 24VDC
Dịng điện khơng tải 0.25A
Dịng điện định mức 2A
Mơ men xoắn đầu ra 9-130kg
Trọng lượng 650g
Tốc độ 295RPM
b. Xi-lanh TN20x150
Yêu c ầu đặt ra là ph ải đóng nắp thật chính xác, tránh trường hợp nắp trật rãnh của chai, đồng thời hành trình của xi - lanh phải ngắn để q trình đóng nhã nhanh,linh hoạt. Vìv ậy với xi - lanh vàchi ều dài hành trình là 7cm làs ự lựa chọn hợp lý.
Hình 3. 14 Xi – lanh TN20x150
Thơng s ố kỹ thuật
Hình th ức hoạt động Tác động kép
Lưu chất hoạt động Khí nén
Áp suất vận hành 0.1~0.9Mpa(1~9kgf/cm2)
Áp suất thử nghiệm 1.35Mpa(1.35kgf/cm2)
Nhiệt độ môi trường -5~700 C
Cổng ren M5x0.8 (bước ren 0.8)
Vật liệu thân Nhôm nguyên khối
Hành trình 7 cm
Cỡ nịng 6mm.
c. Van khínén SY3120-5LZ-M5
Thơng s ố kỹ thuật
Kiểu Valve 3/2
Lưu chất điều khiển khơng khí
Điện áp điều khiển 24VDC
Thời gian đáp ứng <32ms
Nhiệt độ khơng khí tối đa cho phép 50oC
Nhiệt độ hoạt động -5oC-50oC
d. Cảm biến quang
Cảm biến quang dùng ánh sáng h ồng ngoại để phát hi ện vật cản với độ phản hồi nhanh vàr ất ít nhi ễu do sử dụng mắt nhận vàphát tia h ồng ngoại theo tần số riêng bi ệt. Cảm biến có th ể chỉnh khoảng cách báo mong mu ốn thông qua điện trở.
Nguyên lý ho ạt động
Hình 3. 16 Mơtả hoạt động cảm biến quang
Cấu tạo
Hình 3. 18 Cảm biến quang trong thực tế
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