Ứng dụng PLC, khí nén điều khiển băng tải gắp và đóng nhãn sản phẩm

LỜI MỞ ĐẦU Trong cuộc sống hiên nay, yêu cầu ứng dụng khoa học kỷ thuật vào trong đời sống ngày càng cao,đăc biệt là trong các nghành công nghiệp. Để đáp ứng những yêu cầu đó,con người phải biết vận dụng các tiến bộ của khoa học kỷ thuật vào lao động sản suất cũng như cuộc sống hằng ngày. Ứng dụng những kiến thức đã học tại trường và tìm hiểu thêm từ bên ngoài.Nhóm chúng em chọn đề tài “ỨNG DỤNG PLC, KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI GẮP VÀ ĐÓNG NHÃN SẢN PHẨM ”. Mô hình là sản phẩm kết hợp vi điều khiển thông minh PLC, hệ thống điện 1 chiều;xoay chiều,hệ thống khí nén. Là sản phẩm kết hợp kiến thức từ nhiều môn học để thực hiện và hoàn thành,cũng như điều khiển và vận hành. Mô hình tuy không có nhiều ý tưởng mới và còn khá nhiều thiếu sót.Nhưng mô hình yêu cầu độ logic cao,người vận hành phải nắm vững kiến thức nhiều môn học. Nhóm chúng em mong rằng sau khi hoàn thành,mô hình có thể được ứng dụng tốt vào trong chương trình dạy và học của nhà trường. PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I. Mục đích lựa chọn đề tài: Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là sự ra đời của các hệ điều khiển không tiếp điểm như Vi điều khiển, PLC, khí nén... đã đáp ứng được những yêu cầu về mặt công nghệ như : Độ tin cậy cao, tác động nhanh, ít tốn năng lượng, kích thước nhỏ so với bộ nối dây công tắc tơ hay rơle, và đặc biệt là có thể thay đổi phương án điều khiển dễ dàng mà không phải thay đổi kết cấu của mạch điện. Ngoài ra PLC còn có thể được lập trình điều khiển từ xa - Trong chương trình đào tạo Cao đẳng nghề Điện công nghiệp mô đun PLC là nội dung học tập trọng tâm của nghề - Bên cạnh đó điều kiện trang thiết bị giảng dạy của Nhà trường còn hạn chế đặc biệt là các mô hình ứng dụng thực tế điều khiển bằng PLC. Do đó nhóm chúng tôi thực hiện đề tài: “Ứng dụng PLC, khí nén điều khiển băng chuyền gắpvà đóng nhãn sản phẩm” với mục đích làm làm quen với thực tế sản xuất, mô hình còn được ứng dụng trong phục vụ giảng dạy đồng thời phát huy năng lực của đội ngũ giáo viên trong tổ đẩy mạnh phong trào sáng kiến cải tiến kỹ thuật trong Khoa nói riêng và Nhà trường nói chung, góp phần nâng cao hơn nữa chất lượng đào tạo của Khoa đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ ngày càng cao cao của Nhà trường. II. Các thành phần chính của mô hình 1. Băng tải: 1.1 Giới thiệu về băng tải: Băng tải là thiết bị vận chuyển liên tục dùng để chở hàng dạng hạt, cục theo phương nằm ngang hoặc mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng không lớn hơn 30°). Băng tải hoạt động được là nhờ vào động cơ chính và cơ cấu truyền động chính. Khống chế tự động một hệ truyền động băng tải phải theo yêu cầu công nghệ mà đối tượng phục vụ. Các loại băng tải thường dùng trong các dây chuyền: - Băng tải bố NN - Băng tải con lăn - Băng tải cáp thép - Băng tải bố EP 1.2 Những yêu cầu đối với băng tải: Chế độ làm việc của băng tải là chế độ dài hạn với phụ tải (sản phẩm hay bán sản phẩm) hầu như không thay đổi. Theo yêu cầu công nghệ, không yêu cầu điều chỉnh tốc độ. Trong các phân xưởng sản xuất theo dây chuyền có nơi yêu cầu dải điều chỉnh tốc độ D = 2 : 1 để tăng nhịp độ làm việc của toàn bộ dây chuyền khi cần thiết. Nguồn cung cấp cho động cơ truyền động băng chuyền cần có dung lượng đủ lớn, đặc biệt là đối với công suất động cơ có công suất ³ 30kW, để khi mở máy không ảnh hưởng đến lưới điện và quá trình khởi động được thực hiện nhẹ nhàng và dễ dàng hơn. Các yêu cầu chính khi thiết kế hệ thống khống chế băng tải là: Thứ tự khởi động của băng tải ngược chiều với dòng dịch chuyển của vật phẩm. Dừng băng tải bất kỳ nào đó chỉ được phép khi băng băng tải trước đó đã dừng. Phải có cảm biến về tốc độ của mỗi băng tải và cảm biến báo có tải trên băng tải hoặc trong các thùng chứa. 1.3 Ứng dụng: Ngày nay, băng tải được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống hằng ngày và trong công nghiệp: dây chuyền tự động, nhà máy chuyển cát, hệ thống trộn bê tông nhựa đường, định lượng phối liệu trong các nhà máy xi măng. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, việc điều khiển băng tải trong dây chuyền sản xuất bằng đóng cắt các rơle tự động ở các phân xưởng, nhà máy dần dần thay thế bằng các thiết bị chuyên dùng có kích thước gọn nhẹ, tốc độ điều khiển nhanh, chống nhiễu tốt, giá thành cạnh tranh và có khả năng lập trình, đó chính là PLC - một trong những bộ điều khiển số mạnh nhất hiện nay. Việc điều khiển và khống chế băng tải bằng PLC đang được ứng dụng rộng rãi. Em chọn đề tài này cho đồ án tốt nghiệp của mình cũng xuất phát từ những khả năng đó của PLC. 2. Hệ thống điều khiển 2.1 PLC 2.1.1 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình (PLC): Bộ nhớ chương trình Đơn vị điều khiển Khối ngõ vào Mạch giao tiếp cảm biến Panel lập trình Bộ nhớ dữ liệu Khối ngõ ra Mạch công suất & cơ cấu tác động Hiện nay, nhu cầu về một bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Control ). Hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động. Trong hoàn cảnh đó bộ điều khiển lập trình (PLC) đã được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay và thiết bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dể dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản, ngoài ra PLC còn có thể thực hiện được những tác vụ khác như làm tăng khả năng lập trình cho những hoạt động phức tạp. Hình 3 Sơ đồ khối bên trong PLC Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuators) có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay relay trung gian. Tuy nhiên, cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn. Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Hơn nữa, chúng còn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời. Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính truyền thống và chúng có các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp. Đó là: - Khả năng chống nhiễu tốt - Cấu trúc dạng modul, do đó dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối thêm modul mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm modul chuyên dùng) - Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hoá - Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng: Ladder, Intruction, Function dễ hiểu và dễ sử dụng - Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng. Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điều khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình. Bảng So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển Chỉ tiêu so sánh Relay Mạch số Máy tính PLC Giá thành từng chức năng Khá thấp Thấp Cao Thấp Kích thước vật ly Lớn Rất gọn Khá gọn Rất gọn Tốc độ điều khiển Chậm Rất nhanh Khá nhanh Nhanh Khả năng chống nhiễu Xuất sắc Tốt Khá tốt Tốt Lắp đặt Mất thời gian thiết kế lắp đặt Mất thời gian thiết kế Mất nhiều thời gian lập trình Lập trình và lắp đặt đơn giản Khả năng điều khiển tác vụ phức tạp Không Có Có Có Để thay đổi điều khiển Rất khó Khó Khá đơn giản Rất đơn giản Công tác bảo trì Kém - có rất nhiều relay Kém - nếu IC được hàn Kém - có nhiều mạch điện tử chuyên dùng Tốt - các modul được tiêu chuẩn hóa Theo bảng so sánh, PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm làm cho nó trở thành bộ điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi. Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại PLC của nhiều hãng khác nhau như: Siemens, Mitsubishi, Schneider, Omron, Allen Bradley, Zen, Honeywell... Trong đồ án của mình, Em sử dụng PLC S7-200 CPU 222 loại AC/DC/RELAY của hãng Siemens hiện có trong phòng thực hành của Khoa để lập trình điều khiển mô hình của mình. 2.1.2 rơ le trung gian: Dùng điều khiển đóng cắt động cơ và các van điện từ khí nén, 2.2 panel điều khiển: Bao gồm hệ thống nút nhấn điều khiển và đèn báo, được dùng đển điều khiển khởi động và dường hệ thống cũng như thông báo cho người điều các trạng thái làm việc của các thiết bị. 2.3 Hệ thống cảm biến: Bao gồm các cảm biến quang dùng để cảm biến về sản phẩm - Cảm biến cảm nhận có sản phẩm tại khâu cấp liệu Cảm biến quang 4 dây,loai NPN,khoảng cách phát hiên vật 3 cm (khoảng cách này có thể điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng).Cảm biến dùng để phát hiện có hay không có sản phẩm ở vị trí bắt đầu để đưa tín hiệu về PLC - Cảm biến có sản phẩm tại vị trí gắp: Cấu tạo như cảm biến phần (b).Dùng để phát hiện vật đã đến vị trí tay gắp đưa tín hiệu về PLC để thực hiện quy trình gắp sản phẩm - Cảm biến có sản phẩm tại vị trí đóng dấu: Dùng loại cảm biến quang 3 dây.loai PNP,khoảng cách phát hiện vật 15cm. Có nhiệm vụ phát hiện vật vào vị trí đóng dấu,truyền tín hiệu vao PLC để thực hiện quy trình đóng dấu sản phẩm. - Cảm biến đếm số lượng sản phẩm Sử dụng loại cảm biến như cảm biến phát hiện vật tại vị trí đóng dấu. Làm nhiệm vụ nhận biết số sản phẩm đưa vào thùng chứa,đưa tín hiệu về PLC. 2.4 Động cơ kéo : a. Động cơ kéo băng chuyền 1: Động cơ 1 chiều,dùng nguồn 24 VDC.(Công suất và tốc độ quay của động cơ có thể thây đổi tùy theo yêu cầu sử dụng). Làm nhiệm vụ kéo băng chuyền 1 hoạt động theo chương trinh b. Động cơ đều khiển tay gắp: Gồm 1 động cơ DC như động cơ kéo băng chuyền (1) , 1 bộ phận chuyển động cơ khí được gắn liền với tay gắp.Làm nhiệm vụ điều khiển tay gắp quay trái hoăc quay phải theo chương trình làm việc c. Động cơ kéo băng chuyền 2: Sử dụng loại động cơ như động cơ ở băng chuyền (1). 2.5 Van điên từ : Có nhiều loại van điện từ khác nhau và có công dụng khác nhau. ở mô hình này sử dụng van điện từ 5/2. Van điện từ có nhiệm vụ chuyển đổi trạng thái cấp khí nhằm thay đổi trạng thái làm việc của cơ cấu xilanh phù hợp với yêu cầu của hệ thống. Bao gồm van điện từ điều khiển: - Bộ đẩy sản phẩm - Bộ gắp sản phẩm. - Bộ kẹp sản phẩm - Bộ đóng nhãn sản phẩm 2.6 công tắc hành trình: Gồm 2 công tắc hành trình, được dùng để giới hạn góc độ quay của tay quay sản phẩm 3 Hệ thống khí nén: 3.1 Hệ thống cấp khí: a.Máy nén khí: Máy nén khí là bộ phận trung tâm trong hệ thống cấp khí cho các cơ cấu xilanh. Viêc lựa chọn công suất máy nén phụ thuộc vào nhu cầu sử dụng khí trong hệ thống b.Bộ lọc: Bộ lọc cũng chiếm vai trò rất quan trọng trong hệ thống cấp khí.Bộ lọc có nhiệm vụ loc tạp chất trong khí như bụi,dầu,nước, .Để khí đưa vào xilanh là khí sạch nhằm đảm bảo độ làm viêc tối ưu va độ bền cho các cơ cấu xilanh. 3.2 Hê thống điều khiển khí nén: Có nhiều loại van điện từ khác nhau và có công dụng khác nhau. ở mô hình này sử dụng van điện từ 5/2. Van điện từ có nhiệm vụ chuyển đổi trạng thái cấp khí nhằm thây đổi trạng thái làm việc của cơ cấu xilanh phù hợp với yêu cầu của hệ thống. 3.3 cơ cấu chấp hành: a. Bộ phận nâng,hạ: Gồm 1 xilanh kép và bộ phận trượt cơ khí. Có nhiệm vụ nâng và hạ tay gắp theo chương trình làm việc b.Bộ phận kẹp và thả sản phẩm: Gồm 1 xilanh kép và bộ phận kẹp cơ khí.Làm nhiệm vụ gắp và thả sản phẩm theo chương trình làm việc c. Bộ phận kẹp sản phẩm: Sử dụng 2 xilanh kép làm cơ cấu tay kẹp. Có nhiệm vụ kẹp sản phẩm để thực hiện quy trình đóng dấu sản phẩm. d. Xilanh đóng dấu sản phẩm: Dùng loại xilanh kép.có nhiệm vụ thực hiện đóng dấu sản phẩm theo chương trình làm việc. III Nguyên lý hoạt động của mô hình: 1 Sơ đồ mạch điện điều khiển 2. Sơ đồ mạch điện động lực: 3. Chương trình điều khiển PLC: 3.1. Chọn đầu vào, ra: 3.2.Chương trình điều khiển . . 4. Nguyên lý hoạt động a. Để hệ thống có thể hoạt động phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Ấn on(I0.1) hệ thống chuyển sang chế độ sẳn sàng làm việc - Đầu tiên,nếu tay gắp không ở vị trí sẳn sàng làm viêc,tức là công tắc hành trình HT1(I0.6) chưa bị tác động thì tay gắp tự động quay về vị trí sẳn sàng làm viêc. - Điều kiện thứ 2 để hệ thống hoạt động là phải có sản phẩm ở vị trí bắt đầu.tức là cảm biến CB1(I0.2) có tín hiệu đầu vào. - Khi thỏa mảng 2 yêu cầu trên thì hệ thống bắt đầu làm việc. b.Quy trình làm việc của hệ thống: - Ấn ON(I0.1) - CB1(I0.2) tác động đưa tín hiệu về PLC. Động cơ kéo băng tải 1(Q0.5) hoạt động.sau 2s xilanh đẩy sản phẩm(Q0.0) đẩy sản phẩm vào băng tải,2s tiếp theo xilanh đẩy sản phẩm tự động rút về. - Khi băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí tay gắp thì cảm biến CB2(q0.3) tác động đưa tín hiệu về PLC, động cơ kéo băng tải 1 dừng hoạt động.2s sau bộ phận tay gắp hạ xuống vị trí sản phẩm.2s tiếp theo tay gắp thực huện quá trình gắp,2s tiếp theo tay gắp nâng lên.2s tiếp theo tay gắp quay sang phải(q1.2) đến khi gạt vào công tắc hành trinh HT2(I0.7) thi dừng lại. - Khi HT2 tác động đưa tín hiệu về PLC thì tay gắp bắt đầu quy trình thả sản phẩm.HT2 tac động sau 2s thì tay gắp hạ xuông.2s tiếp theo tay gắp thực hiện thả sản phẩm lên băng chuyền đóng dấu sản phẩm.2s tiếp theo tay gắp tự động quay về vị trí sẳn sàng gắp sản phẩm đến khi tác động vào HT1(i0.6) thì dừng. “Chú ý khi tay gắp chưa quay về vị trị sẳn sàng gắp sản phẩm thì động cơ kéo băng chuyền 1 và xilanh đẩy sản phẩm không được hoạt động”. Đồng thời lúc này động cơ kéo băng chuyền đóng dấu hoạt động đưa sản phẩm vào vị trí đóng dấu. - Khi sản phẩm vào vị trí đóng dấu thi cảm biến CB3(I0.4) tác động đưa tín hiệu về PLC để thực hiện quy trình đóng dấu sản phẩm. khi CB3 tác động,động cơ kéo băng chuyền đóng dấu sản phẩm dừng hoat đông. Sau 2s bộ phận kẹp sản phẩm bắt đầu làm việc. 2s tiếp theo bộ phận đóng dấu sản phẩm hoạt động trong vòng 2s thì dừng. 2s tiếp theo bộ phận kẹp sản phẩm cũng dừng hoạt động. khi quy trình đóng dấu kết thúc thì 2s sau động cơ kéo băng chuyền đóng dấu tiếp tục hoạt động để đưa sản phẩm vào thùng chứa. - Cảm biến CB4(I0.5) có nhiệm vụ phát hiện sản phẩm được đưa vào thùng,gửi tín hiệu về PLC để thực hiện đếm. Ta sử dụng bộ đếm CTU(C1) trong PLC để làm nhiệm vụ đếm sản phẩm. - Khi đếm đủ số sản phẩm mà người lập trình cài đặt thì toàn bộ hệ thống dừng làm việc. Để bắt đầu cho hệ thống làm viêc trở lại thì ta nhấn ON. - Trong quá trình hệ thống làm việc,người điều khiển muốn dừng hệ thống thì nhấn OFF(I0.0). “Ở phần dừng hệ thống ta có thể bỏ qua nút nhấn OFF thay vào đó là sử dụng bộ đếm C2 cho nút ON. Khi ấn ON lần 2 thì dừng hệ thống” IV Ứng dụng của mô hình: 1. Khả năng ứng dụng: * Ứng dụng trong dạy học: - Giảng dạy thực hành nghề điện công nghiệp hệ Trung cấp và Cao đẳng nghề như: Kỹ thuật cảm biến, Mạch điện tự động và bảo vệ căn hộ, PLC Cơ bản, PLC Nâng cao, khí nén - Với mô hinh người học được thực hành khảo sát cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại cảm biến quang - Thực hành xác định vị trí, lắp đặt đấu nối cảm biến để điều khiển trong mạch điện ứng dụng trong mô hình. - Sửa chữa, thay thế cảm biến và các thiết bị điện trong mạch điện điều khiển. - Viết các chương trình điều khiển cho hệ thống thông qua PLC S7 200. - Thực hành lắp đặt PLC và xác định ngỏ vào ra của PLC S7 200. - Thực hành lắp đặt các hệ thống truyền động cơ khí - điện. - Thực hành xác định vị trí, lắp đặt đấu nối mạch điều khiển khí nén ứng dụng trong mô hình. - Sửa chữa, thay thế xi lanh, van điện từ và các thiết bị tiết lưu trong mạch điều khiển khí nén. * Vận dụng thực vào tiễn - Lắp đặt hệ thống điều khiển điện khí nén trong các nhà máy sản xuất như xi măng, nhà máy bia, nhà máy sửa, nhà máy gạch men - Lắp đặt trong các dây chuyền bốc dỡ hàng hóa - Lắp đặt sửa chữa trong các dây chuyền điều khiển tự động. 2.Một số điều cần chú ý: - Khi vận hành hệ thông ta phải vận hành hệ thống cấp khí trước,sau đó kiểm tra áp suất khí có đủ cung cấp cho các cơ cấu xilanh làm việc bình thường hay không. Nếu không đủ khí các cơ cấu xilanh sẽ hoạt động không đảm bảo dể gây ra hư hỏng cho các phần tử trong hệ thông( Đặc biệt là bộ phận tay gắp sản phẩm) - Khi cấp khí vào các cơ cấu xilanh phải đảm bảo khi sạch không chứa tạp chất. Nếu khí không sạch sẽ làm hư hỏng xilanh,giảm khả năng hoạt động của hệ thống. Tốn chi phí để sửa chửa. - Khi hệ thống đang hoạt động không được tự ý tác động các cảm biến(Đặc biệt là cảm biến đếm sản phẩm). Nhằm tránh gây nhiểu tín hiệu đầu vao PLC làm hệ thống hoạt động không đúng nguyên lý và còn có thể gây hỏng các phần tử trong hệ thống. NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ⍟⍟⍟⍟⍟ NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG THI LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiên được đề tài này, nhóm chúng em muốn gửi lời cảm ơn đến ban giám hiệu nhà trường đã tạo điều kiện tối đa về cơ sở vật chất cũng như kinh phí thực hiện đề tại Chúng em xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Điện - Điện tử đã trang bị cho chúng em các kiến thức thực tiễn trong 3 năm học tập tại trường để có thể thực hiện được mô hình nay Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Nguyễn Đăng Lâm đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ và tạo điều kiện dẩn để chúng em có thể thực hiện và hoàn thành đề tài này. Và mong rằng nhà trường sẻ tạo điều kiện nhiều hơn nữa để các em học sinh, sinh viên của trường có thể thực hiện các ý tưởng ngay khi còn ngồi trên ghế nhà trường. Mô hình tuy còn những thiếu xót nhưng đó là nỗ lực khẳng định kiến thức và kỹ năng của chúng em trong quá trình học tập, rất mong quý thầy cô và hội đồng giám khảo đóng góp để chúng em hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!