Truyền động vit me - đai ốc đ−ợc dùng để biến chuyển động quay thμnh chuyển động tịnh tiến nhờ cơ cấu vít tr−ợt. Vít me- đai ốc trong dây chuyền dập nút chai thiết kế lμ vít me M16, b−ớc vitme = 2 mm. Nó có nhiệm vụ điều khiển việc nâng hạ của tay máy dập nút chai. Truyền động vít me đ−ợc dẫn h−ớng nhờ ống dẫn h−ớng có đ−ờng kính lμ : 60mm (ống nμy đ−ợc thiết kế bằng ống inox). Động cơ 1 chiều sử dụng trong dây chuyền đ−ợc gắn trực tiếp vμo trục vít me thông qua 1 khớp nối trục, lựa chọn nμy đảm bảo điều khiển nâng hạ đơn giản va đảm bảo độ đồng tâm giữa động cơ vμ trục vitme cao.
Ch−ơng 4
ứng dụng PLC điều khiển dây chuyền dập nút chai. 4.1 Điều khiển dây chuyền dập nút chai
4.1.1 Hệ thống điều khiển theo trình tự vμ hệ thống điều khiển tổ hợp
Một hệ thống điều khiển tự động bao gồm 2 thμnh phần: Phần điều khiển vμ phần chấp hμnh.
Phần điều khiển: có chức năng tạo ra các lệnh điều khiển cần thiết tuỳ thuộc vμo thông tin mμ nó nhận đ−ợc. Các thông tin nμy có thể nhận đ−ợc từ ng−ời điều khiển, hoặc thông tin phản hồi từ phần chấp hμnh thông qua các cảm biến.
Phần chấp hμnh (phần công suất): nhận lệnh từ phần điều khiển để thực hiện điều khiển đối t−ợng. Phần chấp hμnh có thể lμ các động cơ điện, cuộn dây điện từ, rơle. . .
Mô hình tổng quát hệ thống điều khiển tự động:
Hình 4.1: Mô hình tổng quát của hệ thống điều khiển tự động
Hệ thống điều khiển logic lμ hệ thống điều khiển thực hiện các chức năng logic chuyển mạch. Ta có thể mô tả hệ thống điều khiển logic d−ới dạng một mạch logic gồm các đầu vμo vμ đầu ra nh− sau:
Phần điều khiển Ng−ời điều khiển
Phần chấp hμnh Tác động Tác động Báo hiệu Phản hồi Lệnh điều khiển
Hình 4.2: Mô hình logic của hệ thống điều khiển
4.1.2 Chức năng của hệ thống điều khiển
Hệ thống đ−ợc thiết kế có chức năng điều khiển các động cơ, để vận hμnh các cơ cấu chấp hμnh của dây chuyền dập nút chai, thông qua các tín hiệu đầu vμo lμ các cảm biến vị trí, các công tắc hμnh trình, các nút ấn, công tắc. Trong đó PLC đ−ợc thay thế cho hệ thống điều khiển.
Hệ thống điều khiển cho phép vận hμnh dây chuyền theo hai chế độ, chế độ bằng tay (Manual) vμ chế độ tự động (Auto).
ở chế độ bằng tay (Manual): Ng−ời vận hμnh sau khi ấn nút khởi động “Start” thì phải sử dụng các nút ấn khác trên bảng điều khiển trung tâm để điều khiển các cơ cấu chấp hμnh vận hμnh từng quá trình của dây chuyền.
- Quy trình gắp nút chai. - Quy trình định vị chai. - Quy trình dập nút chai.
ở chế độ tự động (Auto): Ng−ời vận hμnh chỉ việc ấn nút khởi động “Start” lμ dây chuyền sẽ hoạt động tự động. Các quy trình sẽ hoạt động phối hợp với nhau một cách tuần tự vμ liên tục mμ không cần bất kỳ một thao tác nμo khác. Muốn dừng hoạt động của dây chuyền ấn nút “Stop”. Muốn dây chuyền hoạt động chở lại ấn nút “Reset” rồi ấn “Start”.
Hệ thống điều khiển
4.1.3 Sơ đồ khối chức năng ứng dụng PLC.
Hình 4.3: Sơ đồ khối chức năng ứng dụng PLC
Bảng điều khiển trung tâm: lμ thiết bị đặt chế độ tự động (Auto) hoặc bằng tay (Manual), khởi động (Start), dừng (Stop) cho dây chuyền. Lμ nơi ng−ời vận hμnh sử dụng để điều khiển quá trình vận hμnh của dây chuyền. Khối cảm biến (Sensor): lμ các cảm biến vị trí phát hiện chai.
Hình 4.4. Bảng điều khiển trung tâm
Bộ xử lý trung tâm (plc) Khối hiển thị Bảng điều khiển trung tâm Khối cảm biến (Senso) Công tắc hμnh trình Mạch động lực Cơ cấu chấp hμnh(Độ ng cơ 1 chiều)
Công tắc hμnh trình: có chức năng báo vị trí đầu vμ cuối của các cơ cấu chấp hμnh (cơ cấu tay gắp, cơ cấu di chuyển tay gắp, cơ cấu nâng hạ, cơ cấu xoay ) công tắc hμnh trình đ−ợc nối với các đầu vμo của PLC.
Bộ điều khiển logic khả trình PLC CPU 214 thực hiện ch−ơng trình từ các tín hiệu đầu vμo (bảng điều khiển trung tâm, khối cảm biến, bộ đếm xung, công tắc hμnh trình) để đ−a ra các tín hiệu ở đầu ra điều khiển các cơ cấu chấp hμnh (động cơ).
Mạch động lực: thực chất lμ các rơle đ−ợc nối với các đầu ra của bộ PLC. Thông qua các tín hiệu đầu ra của PLC điều khiển động cơ chấp hμnh quay thuận quay nghịch theo ch−ơng trình đã định.
4.1.4 Giới thiệu về giao diện điều khiển dùng LabVeiw.
Chúng tôi, quyết định chọn ngôn ngữ lập trình LabVIEW, (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench) vì đây lμ một ch−ơng trình ứng dụng phát triển, dựa trên cơ sở ngôn ngữ lập trình đồ hoạ G, tính thẩm mỹ của giao diện LabVIEW lμ rất cao. LabVIEW lμ ngôn ngữ chuyên dụng cho đo l−ờng, điều khiển vì trong LabVIEW có rất nhiều hμm phục vụ cho việc đo l−ờng theo các chuẩn nối ghép khác nhau nh−: RS-232, IEEE-488, vμ có các Modul chuẩn thực hiện chức năng các bộ điều khiển. Đồng thời, LabVIEW cũng có các Toolbox chuyên dụng cho phân tích vμ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thiết kế các hệ thống điều khiển, xử lý tín hiệu, xử lý ảnh. Tất cả đều hỗ trợ cho xây dựng các hệ thống đo - điều khiển đa kênh.
Khi lập trình trên LabVIEW cần sử dụng các bảng: Tools palette, Controls palette vμ Functinons palette.
- Tools palette. (Bảng công cụ) - Controls palette. (Bảng điều khiển) - Functions Palette. (Bảng các hμm)
Truyền dữ liệu giữa các máy tính vμ các thiết bị ngoại vi qua việc sử dụng cổng nối tiếp lμ một ph−ơng pháp thông dụng. Truyền dữ liệu qua
cổng nối tiếp sử dụng nh− một máy phát để gửi dữ liệu thông qua một dây kết nối đơn để nhận tín hiệu gửi trả lại. Việc sử dụng ph−ơng pháp nμy khi tốc độ truyền dữ liệu thấp hoặc lμ ta phải truyền dữ liệu trên một khoảng cách lớn. Truyền qua cổng nối tiếp lμ phổ biến bởi vì hầu hết các máy tính đều có một hay nhiều hơn các cổng nối tiếp. Nó không cần thêm các thiết bị phần cứng mμ chỉ với 1 dây cap để kết nối các thiết bị với máy tính ( hoặc các máy tính với nhau).
Ta phải xác định bốn thông số cho việc truyền qua cổng nối tiếp: tốc độ baud của đ−ờng truyền, số l−ợng bít dữ liệu mã hóa của một ký tự, số bít chẵn lẻ vμ số l−ợng của các bít dừng. Có rất nhiều các kiểu kết nối thông qua cổng nối tiếp, nh−: RS-232(ANSI/EIA-232), RS - 422 (chuẩn AIA RS – 422A), RS – 485 (chuẩn EIA - 485). ở đây, ta chỉ tìm hiểu chuẩn RS- 232(ANSI/EIA-232).
RS-232(ANSI/EIA-232): đ−ợc sử dụng cho rất nhiều mục đích, nh−
lμ kết nối với chuột, máy in hoặc model t−ơng tự với các thiết bị khác. Bởi vì với những cải thiện trong điều khiển đ−ờng truyền vμ cab, các ứng dụng th−ờng tăng sự thực thi của RS232 với một khoảng cách vμ tốc độ cao. Chuẩn RS232 đ−ợc giới hạn cho kết nối theo kiểu “điểm - điểm” giữa các cổng nối tiếp của máy tính vμ các thiết bị.
Một số thuộc tính cơ bản phổ biến:
Serial
Serial Baud Rate—Tốc độ baund cho cổng nối tiếp
Serial Data Bits—số l−ợng bít dữ liệu đ−ợc sử dụng cho việc truyền nối tiếp
Serial Parity—bít chẵn lẻ đ−ợc sử dụng cho việc truyền nối tiếp
Serial Stop Bits—số l−ợng bít dừng để sử dụng cho việc truyền nối tiếp
GPIB Readdressing—đ−ợc chỉ rõ nếu thiết bị phải thay địa chỉ tr−ớc các sự kiện ghi
GPIB Unaddressing—Đ−ợc chỉ rõ nếu thiết bị phải bỏ địa chỉ sau các hoạt động đọc vμ ghi
VXI
Mainframe Logical Address— địa chỉ logic thấp nhất của 1 thiết bị trong cùng hệ thống
Manufacturer Identification— chỉ số ID của nhμ sản xuất từ đăng ký cấu hình của thiết bị
Model Code— mã của thiết bị từ đăng ký cấu hình của thiết bị
Slot— số khe cắm
VXI Logical Address— địa chỉ logic của thiết bị
VXI Memory Address Space— không gian địa chỉ VXI đ−ợc sử dụng của hệ thống
VXI Memory Address Base— địa chỉ cơ sở của vùng bộ nhớ đ−ợc sử dụng bởi hệ thống
VXI Memory Address Size— kích cỡ vùng bộ nhớ đ−ợc sử dụng bởi hệ thống
Một số hμm đ−ợc sử dụng để hỗ trợ cho việc ghép nối: Serial:
Trên đó bao gồm các hμm:
Bytes at Serial Port Serial Port Init Close Serial Driver Serial Port Read Serial Port Break Serial Port Write Bytes at Serial Port:
Hμm nμy trả về số l−ợng các byte đếm đ−ợc trong buffer đầu vμo của cổng nối tiêp đ−ợc xác định bởi số port number. Các giá trị của port number đ−ợc liệt kê sau:
0: COM1 5: COM6 10: LPT1 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1: COM2 6: COM7 11: LPT2
2: COM3 7: COM8 12: LPT3
3: COM4 8: COM9 13: LPT4
4: COM5
Serial Port Init:
Hμm nμy khởi tạo các thông số cho cổng nối tiếp bao gồm một số thông số nh− kích th−ớc của buffer, tên cổng, tốc độ baud
ví dụ: kết nối 2 chiều với 1 cổng. Ch−ơng trình sẽ khởi tạo cổng, viết một chuỗi vμo cổng vμ đọc trong 1 khoảng thời gian cuỗi cùng đóng phiên lμm việc của cổng.
Sơ đồ của Block Diagram:
Với ch−ơng trình ta xác định cổng để thực hiện việc ghi, đọc dữ liệu. Sâu dữ liệu đ−a vμo đ−ợc đọc thμnh các byte vμ trong khoảng thời gian timeout mμ ta thiết lập. Nếu trong quá trình đó có lỗi thì đ−a ra thông báo. Trong ch−ơng trình, quá trình đầu tiên tiến hμnh cấu hình các thông số cho cổng nối tiếp, tiếp theo kiểm tra xem việc khởi tạo đo có lỗi hay không. Nếu không có lỗi thì ta cho phép ghi vμo cổng. Trong các khoảng thời gian timeout tiến hμnh đọc dữ liệu tại cổng đã đ−ợc xác định. Để thực hiện những công việc đó ta cần phải xử dụng 2 cấu trúc “Case”.
Trong đó bao gồm các hμm sau: AllSpoll ResetSys DevClear Send DevClearList SendCmds EnableLocal SendIFC EnableRemote SendList FindLstn SendLLO FindRQS SendDataBytes MakeAddr SendSetup PassControl SetRWLS PPoll SetTimeOut PPollConfig TestSRQ PPollUnconfig TestSys RcvRespMsg Trigger ReadStatus TriggerList Receive WaitSRQ ReceiveSetup
Thiết kế giao diện điều khiển dây chuyền dập nút chai, gồm:
+ Các nút ấn vμ công tắc nh−: Start, Stop, Reset, công tắc chọn chế độ Auto/Manual.
+ Hệ thống đèn báo trạng thái hoạt động của dây chuyền.
+ Các công tắc điều khiển hoạt động lên, xuống, quay trái, quay phải của động cơ.
Giao diện điều khiển dây chuyền dập nút chai.
4.2 Mô tả hoạt động của dây chuyền dập nút chai.
Hình 4.5
Sau đó chai sẽ đ−ợc băng tải đ−a đến vị trí để dập nút chai, tại đây chai sẽ đ−ợc kẹp chặt bởi 2 tay máy 1 vμ 2.(hình 4.6)
Hình 4.6
Hình 4.7
Sau khi dập nút xong, hai tay máy kẹp chặt nút chai sẽ chuyển động lên, tay máy chuyển động về vị trí để gắp nút mới, băng tải chuyển động tiếp đ−a sản phẩm đến kho hμng thμnh phẩm. Cứ thế dây chuyền chạy với ch−ơng trình lập sẵn.
Hình 4.8
* Các thμnh phần ghép nối đầu vμo
I0.0 Chọn chế độ tự động I0.1 Chọn chế độ bằng tay
I0.2 Nút ấn dừng (Stop). I0.3 Bắt đầu ch−ơng trình ở chế độ tự động I0.4 CTHT phía d−ới thân tay máy
I0.5 CTHT phía trên thân tay máy I0.6 CTHT tay máy quay 90độ (Bên phía thả nút)
I0.7 Senso báo có chai đi qua
I1.0, I1.1, I1.2 Các CTHT ở vị trí định vị chai I1.3 CTHT tay máy quay 90độ (Bên phía gắp nút)
* Các thμnh phần ghép nối đầu ra Q
Q0.0 Tay máy chuyển động xuống (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Q0.1 Tay máy gắp nút lên Q0.2 Tay máy chuyển động lên
Q0.3 Tay máy quay 90độ (Chiều thả nút) Q0.4 Động cơ định vị chai(b),(chiều xuống) Q0.5 Động cơ định vị chai(a),(chiều đập vμo) Q0.6 Động cơ thả nút
Q0.7 Động cơ định vị chai(a),(chiều nhả ra) Q1.0 Động cơ định vị chai(b),(chiều lên) Q1.1 Tay máy quay 90độ (Chiều gắp nút)
4.2.2 Quá trình hoạt động của hệ thống a) Chế độ điều khiển bằng tay (Manual) a) Chế độ điều khiển bằng tay (Manual)
Gạt công tắc chế độ (I0.0) sang chế độ “Manual”. ấn nút khởi động
“Start” (I0.1), sẵn sμng cho quy trình điều khiển bằng tay
Lμ quá trình đều khiển phối hợp một cách liên tục các quy trình trên khi ấn nút khởi động “Start”.
Gạt công tắc chế độ (I0.0) sang chế độ “Auto”. ấn nút khởi động
“Start” (I0.1), quy trình điều khiển tự động bắt đầu. Bắt đầu vμo ch−ơng trình tay máy chuyển động để gắp nút (Q0.0) (lúc nμy đồng thời băng chuyền cũng chạy (động cơ 1)). Khi tăng máy gặp CTHT4 thì động cơ gắp nút (Q0.1) sẽ gắp nút lên, ta delay 2s cho tay máy gắp đ−ợc nút. Sau đó tay máy chuyển động lên (Q0.2). Khi gặp CTHT3 thì dừng lại, phần trên của tay máy sẽ quay 900 (Q0.3) sang bên phía dập nút chai. Khi gặp CTHT2 thì tay máy dừng lại. Lúc nμy động cơ băng chuyền vẫn chạy (động cơ 1), đến khi gặp tín hiệu từ sensơ báo về thì động cơ định vị chai thứ 1 (chuyển động dọc) (Q.0.4) sẽ chuyển động xuống để hạn chế chuyển động tiến lên của chai. Khi có tín hiệu từ CTHT6 dừng động cơ định vị chai thứ 1 vμ dừng động cơ băng chuyền. Lúc nμy động cơ định vị chai thứ 2 (chuyển động ngang) sẽ bật ra (Q.0.5) kẹp chặt chai để thực hiện cho quá trình dập nút. Khi có tín hiệu từ CTHT5, lắp ở động cơ định vị thứ 2, thì tay máy sẽ chuyển động xuống (Q.0.0). Khi tay máy gặp CTHT4 thì tay máy dừng lại vμ động cơ thả nút (Q.0.6) sẽ dập nút vμo chai. Ta delay khoảng 2s, khi dập nút xong thì 2 động cơ định vị chai sẽ chuyển động lên. Tiếp đó, tay máy sẽ chuyển động lên, băng chuyền chuyển động đến khi có tín hiệu báo từ senso vμ quá trình cứ thế tiếp diễn cho đến khi ấn nút dừng “Stop” (I0.1). Muốn hệ thống hoạt động chở lại thì ấn nút “Reset” để di chuyển các cơ cấu về vị trí ban đầu, rồi sau đó lại ấn nút khởi động “Start”.
4.2.3 Kết luận vμ đánh giá kết quả đạt đ−ợc.
Nh− vậy qua ch−ơng 5 ta đã nghiên cứu vμ xây dựng đ−ợc sơ đồ mạch điện ghép nối vμo ra với thiết bị logic khả trình PLC, mμ cụ thể lμ sử dụng bộ CPU 214 của hãng SIEMENS lμm bộ xử lý trung tâm để điều khiển dây chuyền dập nút chai. Từ sơ đồ mạch điện nμy ta xây dựng đ−ợc các l−u
đồ thuật toán để điều khiển các quy trình của dây chuyền. Ta đã lần l−ợt tìm hiểu những vấn đề cơ bản khi xây dựng ch−ơng trình điều khiển cho PLC. Đây lμ những công cụ mạnh, đặc biệt có hiệu quả khi xây dựng các hệ thống điều khiển dây chuyền sản xuất.
Đồ án của chúng tôi đã hoμn thμnh đúng thời hạn vμ có sản phẩm thực tế. Đây lμ hình ảnh thực tế của mô hình sản phẩm:
Sau các lần chạy mô hình, chúng tôi rút ra đ−ợc các nhận xét về sản phẩm của mình nh− sau:
Ưu điểm:
- Kết cấu cơ khí của tay máy đảm bảo yêu cầu đề ra của dây chuyền(có ít nhất 2 bậc tự do). Thực tế, chúng tôi thiết kế tay máy có 4 bậc tự do.
- Khai thác tốt ứng dụng của PLC để điều khiển, phối hợp tốt hoạt động các khớp của tay máy.
- Kết cấu cơ khí của tay máy cồng kềnh, việc lắp ghép giữa các khớp của tay máy còn bị dơ.
- Trong các lần chạy thử dây chuyền thì tỉ lệ lỗi vẫn còn khá cao (chiếm 5%). Nguyên nhân do kết cấu cơ khí ch−a hợp lý trong việc gắp vμ
Kết luận
Qua gần 3 tháng nghiên cứu trang thiết bị vμ xây dựng mô hình, đ−ợc sự h−ớng dẫn tận tình của thầy giáo Nguyễn Đức Anh cùng sự giúp đỡ của các thầy giáo trong bộ môn Cơ điện tử & Chế tạo máy đặc biệt, tôi đã hoμn thμnh đ−ợc nhiệm vụ đồ án của mình đúng tiến độ.
Việc hoμn thμnh đồ án tốt nghiệp với đề tμi “Thiết kế, chế tạo dây chuyền dập nút chai sử dung PLC” đã giải quyết đ−ợc một số vấn đề.
- Nghiên cứu về cấu tạo vμ nguyên lý hoạt động của từng thμnh phần