(123doc) - Mo-Hinh-Day-Chuyen-Chiet-Rot-Dong-Chai-Tu-Dong [PDF]

Zitiervorschau

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô ở trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng luôn động viên và dạy dỗ dẫn bước cho chúng em mỗi khi khó khăn giúp chúng em định hướng được những bước ngoặc sắp tới. Chúng em xin cảm ơn thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã dành tất cả tâm huyết và tri thức của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Chúng em xin cảm ơn thầy HÀ NHƯ LÊ NGỌC THÀNH chủ nhiệm lớp CĐ CĐT 12B đã dành thời gian quan tâm , giải đáp những thắc mắc mỗi khi chúng em cần và cũng là người thầy luôn tận tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn chúng em , tạo điều kiện cho chúng em học tập và giúp chúng em để có thể hoàn thiện được đồ án tốt nghiệp này. Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô. Chúc các thầy các cô dồi dào sức khỏe luôn thành công trong công việc và cuộc sống , niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.

TP.HCM,ngày 13 tháng 07 năm 2015 Nhóm thực hiện đề tài Phan Minh Trí Quách Kim Thành Chúng Phát Long Phạm Thành Nam

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ Chữ ký giáo viên:

ThS.Hà Lê Như Ngọc Thành

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN: ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................

Chữ ký của giáo viên:

DANH MỤC CÁC BẢNG , SƠ ĐỒ , HÌNH Hình 2. 1 : Mô hình thiết kế trên bản vẽ........................................................................2 Hình 2. 2 : Hình chiếu của mô hình..............................................................................3 Hình 2. 3: Mô hình thực tế............................................................................................4 Hình 2. 4 : Cảm biến quang tiệm cận............................................................................5 Hình 2. 5 : Opto............................................................................................................6 Hình 2. 6 : Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lò xo (b)...........................7 Hình 2. 7 : Xy lanh đôi tác động kép dùng trong mô hình............................................8 Hình 2. 8 : Xy lanh đơn tác động kép dùng trong mô hình...........................................8 Hình 2. 9 : Trạng thái OFF và ON của van đảo chiều...................................................9 Hình 2. 10 : Van đảo chiều 5/2 dùng trong mô hình.....................................................9 Hình 2. 11 : Van điện từ..............................................................................................10 Hình 2. 12 : Van điện từ và van cơ trong mô hình......................................................11 Hình 2. 13 : Relay.......................................................................................................11 Hình 2. 14 : Relay và đế được dùng để điều khiển động cơ mô hình..........................12 Hình 2. 15 : Động cơ DC 24V.....................................................................................12 Hình 2. 16 : Công tắc hành trình.................................................................................13 Hình 2. 17 : Nguồn tổ ong thông dụng........................................................................14 Hình 2. 18 : Nguồn được mắc và bố trí trong hệ thống...............................................14 Hình 2. 19 : Nút nhấn..................................................................................................15 Hình 2. 20 : Băng tải chính của mô hình....................................................................16 Hình 2. 21 : Bộ truyền đai...........................................................................................17 Hình 2. 22 : Băng tải dạng tròn của mô hình...............................................................18 Hình 2. 23 : Cơ cấu rót nước của mô hình (mặt trước )...............................................19 Hình 2. 24 : Cơ cấu rót nước của mô hình ( mặt sau ).................................................20 Hình 2. 25 : Băng tải nắp............................................................................................21 Hình 2. 26 : Hộp trữ nắp.............................................................................................22 Hình 2. 27 : Hộp phân loại nắp...................................................................................22 Hình 2. 28 : Cơ cấu vặn nút chai trong thực tế của mô hình.......................................23 Hình 2. 29 : Đầu vặn nắp............................................................................................24 Hình 2. 30 : Cấu trúc PLC S7-200..............................................................................26 Hình 2. 31 : Mô hình tổng quát của một PLC ............................................................27 Hình 2. 32 : PLC S7-200 CPU 224.............................................................................30 Hình 2. 33 : Sơ đồ mạch opto......................................................................................33

1. Chương 1 : GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề : - Trong thực tế việc tự động hóa trong quá trình sản xuất và ứng dụng mang một ý nghĩa hết sức to lớn , có thể nói tự động hóa là ngành đánh giá sự phát triển của công nghiệp trên thế giới nói chung và một quốc gia nói riêng. Sự phát triển của công nghiệp đặc biệt là công nghệ tự động đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất , thiết bị máy móc hiện đại với những đặc điểm vược trội như là tốc độ cao , khả năng thích ứng và có tính chuyên môn hóa … đã và đang ứng dụng rộng rãi trong nền công nghiệp nước nhà. - Trong công nghiệp các nhà máy nước uống đóng chai ngày càng nhiều và đa dạng về chủng loại cũng như thương hiệu. Hệ thống dây chuyền chiết rót đóng nắp tự động là không thể thiếu và rất quan trọng trong các nhà máy.Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó nhóm đã thiết kế và thi công “ Mô Hình Dây Chuyền Chiết Rót Đóng Chai Tự Động ” dùng PLC để điều khiển. 1.2 Mục tiêu đề tài : - Nắm được cách viết chương trình cho hệ thống sử dụng PLC. Thiết kế và tiến hành thi công phần cứng cho “Mô Hình Dây Chuyền Chiết Rót Đóng Chai Tự Động”. Đảm bảo hệ thống hoạt động đúng theo chương trình điều khiển. 1.3 Nội dung đề tài : - Tìm hiểu về cấu tạo nguyên lý hoạt động của nút nhấn , van điện từ , van khí nén điều khiển bằng điện , quang cảm biến , công tắc hành trình , relay chung với các thiết bị.Sử dụng phần mềm lập trình cho PLC để hoạt động đúng yêu cầu công nghệ. Vẽ sơ đồ khối , sơ đồ kết nối của hệ thống chiết rót đóng chai ,giải thuật và viết chương trình điều khiển cho hệ thống PLC.Nhận xét và đưa hướng phát triển cho đề tài.

2. Chương2 : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 2.1 Phần cơ khí : 2.1.1 Mô hình thiết kế trên máy :

Hình 2.1: Mô hình thiết kế trên bản vẽ.

2.1.2 Hình chiếu của mô hình :

Hình 2.2: Hình chiếu của mô hình. Chú thích : 1: Băng tải dạng tròn.

5: Hộp trữ nắp.

2: Băng tải chính.

6: Hộp phân loại nắp.

3: Cơ cấu rót nước.

7: Cơ cấu vặn nắp.

4: Băng tải nắp.

8: Hộp đựng nắp lỗi .

2.1.3 Mô hình trên thực tế :

Hình 2.3: Mô hình thực tế.

2.1.4 Vật liệu cơ khí dùng trong mô hình và lí do sử dụng : - Sắt U , sắt V , sắt tấm 1 li : + Chịu tải lớn , chịu được rung lắc. + Giá thành tương đối chấp nhận được. + Có thể tăng thêm tính mỹ thuật bằng cách dùng sơn. - Nhôm : + Dễ gia công thành những chi tiết và hình dạng phức tạp mà không cần dùng nhiều phương pháp gia công. + Có thể kết nối với nhau dễ dàng bằng cách hàn hoặc dùng keo , kẹp , bulong , đinh tán. - Mica và nhôm nhựa : + Nhẹ , đẹp , cách điện tốt. + Gia công chính xác theo bảng vẽ. + Có nhiều lựa chọn về mặt mỹ thuật ( độ dày , màu sắc ). 2.1.5 Các thiết bị dùng trong hệ thống : 2.1.5.1 Cảm biến :

Hình 2.4: Cảm biến quang tiệm cận. - Cảm biến được sử dụng trong hệ thống là cảm biến quang tiệm cận. - Mã sản phẩm : E18-D80NK. - Thông số kỹ thuật : + Hình trụ có đường kính d=18 mm. + Có 3 dây :  Nguồn (5V).  Mass (0V).  Tín hiệu. + Thu phát chung , khoảng cách phát hiện vật xa nhất khoảng 1 m , gần nhất khoảng 1 cm , có thể điều chỉnh. + Độ nhạy cao. + Điện áp hoạt động 5V. - Nguyên lý hoạt động : + Cảm biến quang thu phát chung được cấu tạo từ một led hồng ngoại thu và hồng ngoại phát. Khi có vật thể tác động vào vùng phát tia sẽ làm phản xạ lại ánh sáng vào led hồng ngoại thu. Lúc này led hồng ngoại thu sẽ tác động vào transistor để xuất tín hiệu ra.

2.1.5.2 Opto :

Hình 2.5: Opto. - Nguyên lý hoạt động : + Khi có dòng nhỏ đi qua 2 đầu của led có trong opto làm cho led phát sáng. + Khi led phát sáng làm thông 2 cực của photo diot , mở cho dòng điện chạy qua. - Vai trò : Cách li điều khiển giữa hai tầng mạch điện khác nhau. 2.1.5.3 Cơ cấu chấp hành : Nhiệm vụ : - Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơ học. Cơ cấu chấp hành có thể chuyển động thẳng ( Xy lanh ) hoặc chuyển động quay (động cơ khí nén ). Xy lanh : - Xy lanh tác dụng đơn : + Áp lực khí nén chỉ tác động vào một phía của xy lanh , phía còn lại do ngoại lực hay lò xo tác động. + Một số loại xy lanh tác động 1 chiều :

a

b

Hình 2.6: Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lò xo (b) - Xy lanh tác động 2 chiều ( Xy lanh tác động kép ) : + Khí nén được đưa vào 2 phía của xy lanh , do yêu cầu điều khiển mà xy lanh đi vào hay đi ra sẽ tùy thuộc vào việc đưa khí nén vào phía nào của xy lanh.

Hình 2.7 : Xy lanh đôi tác động kép dùng trong mô hình.

Hình 2.8: Xy lanh đơn tác động kép dùng trong mô hình. 2.1.5.4 Van đảo chiều : - Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén.

Hình 2.9 : Trạng thái OFF và ON của van đảo chiều.

Hình 2.10 : Van đảo chiều 5/2 dùng trong mô hình. 2.1.5.5 Van điện từ :

Hình 2.11 : Van điện từ. - Thông số :

+ Mã sản phẩm : UNI-D(UD-8). + Đường kính d = 20 mm. + Điện áp hoạt động 24VDC 2 cửa. + Áp suất làm việc 0.8 Mpa. + Nhiệt độ cho phép 5 – 80 độ C. + Kích thước đường ống ∅ 12. - Nguyên lý hoạt động : + Van điện từ có tác dụng đóng mở khi có dòng điện đi qua.Van điện từ UNID là van thường đóng , khi có dòng điện đi qua van sẽ thay đổi trạng thái đóng thành mở , cho chất lỏng và khí đi qua. - Ngoài ra còn kết hợp thêm van cơ để điều tiết áp chất lỏng đảm bảo với cùng một thời gian rót thì lượng chất lỏng được rót ở ba vòi là bằng nhau.

Hình 2.12 : Van điện từ và van cơ trong mô hình. 2.1.5.6 Relay :

Hình 2.13 : Relay.

- Mã số sản phẩm : IEC255. - Cường độ hoạt động : 5A. - Tiếp điểm có thể dùng cả 240V AC và 24V DC. - Model của đế : 2-M4X10 là loại 8 chân nhỏ.

Hình 2.14 : Relay và đế được dùng để điều khiển động cơ mô hình. 2.1.5.7 Động cơ :

Hình 2.15 : Động cơ DC 24V.

- Thông số : + Đường kính ngoài 5 cm. + Điện áp hoạt động : 24 VDC. - Có thể đảo chiều động cơ dễ dàng bằng cách đổi 2 dây 5V và 0V. - Ba động cơ đồng bộ của cơ cấu vặn nắp chai có số vòng quay 150 vòng/phút. - Động cơ của băng tải chính có số vòng quay 40 vòng / phút. - Một động cơ của băng tải hệ thống cắp nắp có số vòng quay 60 vòng / phút. - Tùy model của motor khác nhau nhưng điều có cường độ dòng điện khoảng 1,5A. - Công suất khoảng 5 – 7 W. - Động cơ có tích hợp bộ giảm tốc. 2.1.5.8 Công tắc hành trình :

Hình 2.16 : Công tắc hành trình. - Công tắc hành trình là loại công tắc có tiếp điểm thường đóng hoặc thường mở. - Công tắc hành trình có chức năng đóng mở mạch điện và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến một vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc. Hành trình có thể tịnh tiến hoặc quay.

- Khi công tắc hành trình tác động thì nó sẽ là đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác. Người ta dùng công tắc hành trình vào các mục đích như : + Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí giới hạn tác động vào công tắc sẽ làm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> có thể vượt qua vị trí giới hạn ). + Hành trình tự động kết hợp với các Relay , PLC hay VĐK để cơ cấu đến vị trí trước sẽ tác động cho cơ cấu khác hoạt động ( hoặc chính cơ cấu đó ). 2.1.5.9 Khối nguồn :

Hình 2.17 : Nguồn tổ ong thông dụng.

Hình 2.18 : Nguồn được mắc và bố trí trong mô hình.

- Khối nguồn cấp xung 24V-10A. - Khối nguồn 5V-20A . - Ưu điểm : + Tích hợp mạch ổn áp. + Ổn định khi hoạt động lâu. + Cường độ lớn. - Nhược điểm : + Rò điện nên cần có biện pháp an toàn điện. + Cần không gian để tản nhiệt. 2.1.5.10 Nút nhấn :

Hình 2.19 : Nút nhấn. - Nhấn nhả. - Nguồn cấp 24V DC. - Tiếp điểm 1 NO – 1 NC. - Có 2 màu : Xanh , đỏ.

2.1.6 Các cơ cấu quan trọng trong mô hình : 2.1.6.1 Hệ thống băng tải : Băng tải chính :

Hình 2.20 : Băng tải chính của mô hình.

- Vật liệu và kích thước băng tải : - Băng tải dài 1,35 m. - Rộng 80 cm. - Đai vải cao su ép mí bằng máy ép nhiệt. - Ổ bi sử dụng 608RS. - Rulo được kết hợp với trục ∅ 8 bằng mối hàn chất liệu Rulo là ống sắt. - Tính chất của băng tải : Sử dụng ma sát từ sự tiếp xúc của đai vải cao su và Rulo để tạo thành chuyển động và tải hàng có khối lượng lớn . - Đối với hệ thống, băng tải có thể tải tối đa 10 kg với điều kiện lực phân bố và không tập trung tại một điểm . - Động cơ được sử dụng trong băng tải chính là động cơ DC 24V có số vòng quay là 40 vòng/phút .

Hình 2.21 : Bộ truyền đai. - Sử dụng bộ truyền đai trong phần lớn hệ thống băng tải vì : + Vật liệu dễ tìm. + Giá thành hợp lý. + Đảm bảo tiếng ồn. + Đáp ứng được tỉ số truyền : i = 1 ± 0,1 một cách dễ dàng cộng với dễ dàng lắp đặt , sữa chữa và thay đổi theo yêu cầu sử dụng.

- Vận hành băng tải trong mô hình : Khi khởi động thì băng tải hoạt động đưa chai từ băng tải dạng tròn đến cơ cấu rót nước của mô hình và dừng lại. Sau khi rót nước xong thì băng tải lại hoạt động đưa chai từ cơ cấu rót nước tới cơ cấu vặn nắp của mô hình và dừng lại. Sau khi vặn nắp xong thì băng tải tiếp tục hoạt động đưa chai từ cơ cấu vặn nắp ra ngoài và kết thúc quy trình làm việc. Băng tải dạng tròn :

Hình 2.22 : Băng tải dạng tròn của mô hình. - Đường kính : d = 26 cm . - Chất liệu : Sắt, nhông nhôm , đai răng cao su. - Tính chất băng tải : Thiết kế sườn theo yêu cầu của hệ thống , chuyển động chủ yếu là chuyển động tròn quanh trục. - Đối với hệ thống băng tải có thể tải được 6 chai trong thời gian tối đa 0.3 phút . - Động cơ trong băng tải dạng tròn là động cơ DC 24V có số vòng khoảng 40 vòng/phút.Ngoài ra còn có một đĩa đỡ và một đĩa xoắn ốc tạo ra quỹ đạo có xu hướng di chuyển từ trên xuống theo hình tròn .

- Ngoài sử dụng bộ truyền đai và nhông còn dùng thêm một cặp bánh răng côn có tác dụng biến đổi phương chuyển động. - Ưu điểm : + Bền. + Giá cả hợp lý. + Đảm bảo tiếng ồn. + An toàn. - Nhược điểm : + Khó gia công. + Cần độ tỉ mỉ cao. - Vận hành : Khi khởi động thì băng tải tròn xoay và đưa chai vào băng tải chính để thực hiện dây chuyền . 2.1.6.2 Cơ cấu rót nước :

Hình 2.23: Cơ cấu rót nước của mô hình (mặt trước ).

Hình 2.24: Cơ cấu rót nước của mô hình ( mặt sau ). - Được thiết kế riêng cho mô hình , rót nước tối đa mỗi lần 3 chai ,nhưng mỗi vòi được điều khiển chiết rót tách biệt bằng từng van điện từ. Ngoài ra còn sử dụng 3 van cơ để đảm bảo áp của 3 vòi tương đối bằng nhau . - Đường dẫn từ nguồn nước là ống nhựa dẻo , vòi tiếp xúc với chai là inox 102 , đảm bảo tính vệ sinh và không rỉ sét. - Có nhiều cách điều khiển rót nước , điều khiển thông qua van điện như trong hệ thống và điều khiển bơm trực tiếp : Mỗi hình thức đều có ưu và nhược điểm riêng dù cách điều khiển như trong hệ thống gặp nhiều khó khăn nhưng nhận thấy đây là cơ hội tiếp xúc với các linh kiện , hiểu rõ hơn về áp nước và cách điều tiết. Đó là ưu điểm sâu xa và nổi bật nhất .

- Vận hành : Băng tải chính đưa chai từ băng tải xoay đến cơ cấu rót nước. Lúc này sẽ có một xy lanh đi ra chặn chai và cảm biến bắt đầu nhận tín hiệu làm cho xy lanh đi xuống và van nước mở để rót nước. Sau một khoảng thời gian rót nước thì van nước đóng ( thời gian có thể thay đổi được tùy theo thể tích của chai ) xy lanh đi lên và xylanh chặn vào . 2.1.6.3 Cơ cấu tải nắp và tra nắp : - Vật liệu gồm : Nhôm , sắt , mica , nhôm nhựa. - Cơ cấu gồm 3 phần : + Băng tải nắp. + Hộp trữ nắp. + Hộp phân loại nắp.

Hình 2.25 : Băng tải nắp.

Hình 2.26 : Hộp trữ nắp. - Băng tải nắp , hộp trữ nắp và hộp phân loại nắp toàn bộ được gia công bằng tay , nhôm được dùng làm vật liệu chính. - Hộp trữ nắp có thể chứa một lượng nắp lớn. - Băng tải nắp là một dạng thu nhỏ của băng tải chính có vai trò mang nắp từ hộp trữ nắp chuyển vào hộp phân loại để tiếp tục chu trình phân loại.

Hình 2.27: Hộp phân loại nắp.

- Hộp phân loại : Phân loại nắp đúng và không đúng để có cách xử lý. - Đối với nắp đúng sẽ được đưa thẳng đến rãnh chờ để tra nắp. - Đối với nắp không đúng sẽ được loại ra bằng đường khác. Những nắp này theo rãnh trượt đến hộp chứa nắp bị loại những trường hợp này cũng không xảy ra quá nhiều ( khoảng 20 %) là do phần đầu tiếp nắp từ băng tải được được lắp đặt với độ nghiêng , độ hở và khoảng chênh lệch giúp một phần nắp không đúng được đảo lại. - Đây là phần tương đối khó và mất nhiều thời gian nhất của cả nhóm. Tuy còn nhiều nhược điểm như chưa tái sử dụng lại các nắp không đúng một cách tự động. Nhưng bù lại hệ thống này đảm bảo được tính ổn định về số lượng nắp cung cấp và độ chình xác về mặt tra nắp tránh được một số sự cố như kẹt nắp , nắp bị ùn ứ … - Vận hành : Sau khi được rót đầy nước thì chai sẽ theo băng tải chính đến cơ cấu tra nắp.Lúc này băng tải nắp hoạt động đưa nắp từ hộp trữ nắp vào hộp phân loại , khi chai đi qua thì nắp sẽ tự động tra vào miệng chai. 2.1.6.4 Cơ cấu vặn nắp :

Hình 2.28 : Cơ cấu vặn nút chai trong thực tế của mô hình.

- Vật liệu : Nhôm , nhôm nhựa. - Hệ thống là ứng dụng của cả điện tử và cơ khí với toàn bộ các chi tiết được gia công bằng tay của các thành viên trong nhóm. Ứng dụng thành công môn thực hành tiện phay và gia công chính xác chi tiết. - Hệ thống gồm 2 giai đoạn nhận tín hiệu và xử lý tín hiệu. - Cảm biến quang tiệm cận được lắp đặt để nhận biết sự có mặt của 3 chai đã có nắp sau đó xuất tín hiệu cho PLC chai được khống chế 5 bậc tự do và cố định bằng xy lanh đôi đóng vai trò cố định chai. Ba động cơ đảm bảo đồng bộ về số vòng quay được gá lắp chắc chắn vào xy lanh đôi khác tạo ra chuyển động tịnh tiến cùng phương với 3 chai . - Ba đầu vặn nắp được tiện riêng biệt cho động cơ và kích thước chai của mô hình, đảm bảo độ chính xác tương đối chuẩn , giúp thuận lợi cho việc lắp đặt. - Ngoài ra lòng trong được tiếp xúc với nắp được thiết kế được thiết kế tạo thành hình nón cụt , giúp đưa nắp nghiêng xéo trong lúc tra về đúng tâm và đạt sự ma sát tốt nhất , giúp nắp được vặn chắc chắn.

Hình 2.29 : Đầu vặn nắp.

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

2.2 Phần điều khiển : - Sử dụng thiết bị điều khiển là PLC S7-200. 2.2.1 Giới thiệu sơ lược về PLC S7-200 : - S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãng Siemens , có cấu trúc theo kiểu module và có các module mở rộng. Các module này được sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau. - S7-200 thuộc nhóm PLC loại nhỏ , quản lý một số lượng đầu vào/ra tương đối ít. - Có từ 6 đầu vào / 4 đầu ra số ( CPU 221 ) đến 24 đầu vào / 16 đầu ra số ( CPU 226 ). Có thể mở rộng các đầu vào / ra số bằng các module mở rộng. - Kiểu đầu vào IEC 1131-2 hoặc SIMATIC. Đầu vào sử dụng mức điện áp 24V DC , thích hợp với các cảm biến. - Có 2 kiểu ngõ ra là Relay và Transitor cấp dòng. - Tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng , cho phép tham gia vào mạng Profibus như một Slave thông minh. - Có cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với đầu nối 9 chân. Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 bauds , theo kiểu tự do là 300 – 38,400 bauds. - Tập lệnh có đủ lệnh bit logic , so sánh , bộ đếm , dịch / quay thanh ghi , timer cho phép lập trình điều khiển logic dễ dàng. - Ngôn ngữ lập trình : LAD , STL , FBD.

Trang 32

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

2.2.2 Cấu trúc PLC S7-200 : 2.2.2.1 Hình dáng và cấu trúc bên ngoài :

Hình 2.30 : Cấu trúc PLC S7-200 - Các đầu vào / ra số : + Đầu vào ( Ix.x ) : Kết nối với nút bấm , công tắc , sensor … với điện áp vào tiêu chuẩn 24V DC. + Đầu ra ( Qx.x ) : Kết nối với thiết bị điều khiển với các điện áp 24V DC / 220V AC ( tùy theo loại CPU ). + Đầu vào nguồn : 24V DC / 220V AC ( tùy theo loại CPU ). 2.2.2.2 Cấu trúc phần cứng của S7-200: - Cấu trúc phần cứng của một PLC gồm có các module sau : + Module nguồn. + Module đầu vào. + Module đầu ra. + Module đơn vị xử lý trung tâm ( CPU ). + Module bộ nhớ. + Module quản lý khối ghép vào ra.

Trang 33

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

KHỐI NGÕ VÀO

BỘ NHỚ

ĐƠN VỊ XỬ LÝ TRUNG TÂM

BỘ NGUỒN

QUẢN LÝ GHÉP NỐI

KHỐI NGÕ RA Hình 2.31 : Mô hình tổng quát của một PLC . 2.2.2.3 Ưu điểm của PLC S7-200 : - Có kích thước nhỏ gọn , được thiết kế có thể chịu được rung động , nhiệt , độ ẩm và tiếng ồn. - Có độ ổn định cao. - Dễ dàng nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển bằng cách lập trình lại đáp ứng yêu cầu điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng. - Có các chức năng kiểm tra lỗi , dự báo lỗi. - Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém. - Có thể kết nối mạng vi tính để giám sát hệ thống. - Điều khiển linh hoạt đa dạng. 2.2.2.4 Ứng dụng của PLC S7-200 : - Điều khiển bãi giữ xe tự động. - Điều khiển các quá trình sản xuất. - Giám sát hệ thống , an toàn nhà xưởng. - Hệ thống báo động. - Điều khiển thang máy. Trang 34

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

- Điều khiển động cơ. - Điều khiển mô hình chiết rót đóng nắp chai tự động. 2.2.3 Phần mềm lập trình và mô phỏng cho PLC : 2.2.3.1 Phần mềm lập trình :

Sự dụng phần mềm V4.0 STEP7 MicroWIN

Trang 35

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

2.2.3.2 Phần mềm mô phỏng :

Sử dụng phần mềm mô phỏng S7-200 Simutor

Trang 36

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

2.2.4 PLC dùng trong hệ thống : PLC Siemens S7-200 CPU 224 ( AC / DC / RLY 6ES7214-1BD23-0XB0)

Hình 2.32 : PLC S7-200 CPU 224 - Cấu trúc phần cứng CPU 224 : + Nguồn cung cấp 220V AC. + Ngõ vào : 14 DI DC. + Ngõ ra : 10 DO RELAY. + Bit memory / Counter / Timer : 256 / 256 / 256. + Số đầu vào / ra / số cực đại ( nhờ lắp them Module số mở rộng : DI / DO / MAX : 28 / 7 / 35 hoặc 0 / 14 / 14. + Bộ nhớ chương trình : 12 KB. Trang 37

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

+ Bộ nhớ dữ liệu : 8 KB. - Phần mềm : Step 7 microWin. - Các chế độ xử lý ngắt gồm : Ngắt truyền thông , ngắt theo cạnh lên hoặc xuống , ngắt thời gian , ngắt các bộ đếm tốc độ cao và ngắt truyền xung. - Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn cung cấp. - Các đèn bào trên S7-200 CPU 224 AC / DC / RLY : + SF ( đèn đỏ ) : Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng. + RUN ( đèn xanh ) : Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp trong máy. + STOP ( đèn vàng ) : Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng chương trình và đang thực hiện lại. - Cổng vào ra : + Ix.x ( đèn xanh ) : Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Ix.x. Đèn này báo hiệu theo giá trị logic của công tắc. + Qx.x ( đèn xanh ) : Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qx.x. Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng. - Chế độ làm việc : PLC có 3 chế độ làm việc : + RUN : Cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ , PLC sẽ chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP. + STOP : Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. + TERM : Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC RUN hoặc STOP.

Trang 38

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

2.2.5 Sơ đồ khối kết nối PLC với các thiết bị của mô hình : CẢM BIẾN 1

ĐỘNG CƠ 1

CẢM BIẾN 2

ĐỘNG CƠ 2

CẢM BIẾN 3

ĐỘNG CƠ 3

CẢM BIẾN 4

ĐỘNG CƠ 4

CẢM BIẾN 5

ĐỘNG CƠ 5

CẢM BIẾN 6

ĐỘNG CƠ 6

CẢM BIẾN 7

START STOP RESET

PLC S7-200 CPU-224

Công tắc hành trình

VAN RÓT NƯỚC 1 VAN RÓT NƯỚC 2 VAN RÓT NƯỚC 3

XY LANH A

b0

XY LANH B

b1

XY LANH C

e0

XY LANH D

e1

XY LANH E

cc0

Trang 39

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

2.2.6 Sơ đồ khối cảm biến kết nối PLC :

Cảm biến 1

Mạch opto 1

Cảm biến 2

Mạch opto 2

Cảm biến 3

Mạch opto 3

PLC S7-200

Cảm biến 4

Mạch opto 4

CPU 224

Cảm biến 5

Mạch opto 5

Cảm biến 6

Mạch opto 6

Cảm biến 7

Mạch opto 7

2.2.7 Sơ đồ mạch opto: 5V

470

1K

24V

U1

CB

1

A

2

K

C 4

3

PLC

E PC817

Hình 2.33: Sơ đồ mạch opto. - Nguyên lý hoạt động : + Khi cấp nguồn 5V thì dây tín hiệu của cảm biến cũng nhận 5V , lúc này chân 1 và chân 2 của opto đều 5V nên không có dòng đi qua , led trong opto không sang nên 2 cực của photo diot không thông dẫn đến không có dòng 24V qua chân 3 của opto , PLC không có tín hiệu. + Khi cảm biến phát hiện vật thì dây tín hiệu của cảm biến chuyển từ 5V về 0V , lúc này chân 1 và chân 2 của opto có dòng 5V đi qua , led phát sang làm thông 2 cực của photo diot nên có dòng 24V qua chân 3 vào PLC. 2.2.8 Sơ đồ mạch điện : Trang 40

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

aaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaa

Trang 41

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

2.2.9 Lưu đồ giải thuật :

Trang 42

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

BEGIN Nhấn reset để đưa hệ thống về trạng thái ban đầu 4

Start động cơ 2 , xilanh B đi ra Delay 2s Start động cơ 1

N

CB1 Y Stop động cơ 2

CB2=1 CB3=0 CB4=0 T=10s

N

CB2=1 CB3=1 CB4=0 T=10s

Y

Y

Delay 5s

N

CB3

CB4 Y

Y

Y

1

N

2

3

Trang 43

CB2=1 CB3=1 CB4=1 Y

Xilanh A đi xuống , stop động cơ 2

CB2

N

N

N

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

1

2

3

Mở van 1

Mở van 2

Mở van 3

Delay 25s Tắt van , Xilanh A đi lên , start động cơ 2 Delay 5s Start động cơ 3 , xilanh B đi vào , xilanh E đi ra

CB5=1 CB6=0 CB7=0 T=5s

N

Y

CB5=1 CB6=1 CB7=0 T=5s

N

CB5=1 CB6=1 CB7=1

Y

Y

Xilanh D đi ra , stop động cơ 2,3 , start động cơ 4,5,6 Xilanh C đi xuống Xilanh C đi lên , start động cơ 2

Xilanh D đi vào , xilanh E đi vào , stop động cơ 4,5,6

STOP

Chú thích : Trang 44

4

N

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

- Động cơ 1 ( M1 ) : Động cơ băng tải tròn. - Động cơ 2 ( M2 ) : Động cơ băng tải chính. - Động cơ 3 ( M3 ) : động cơ băng tải nắp. - Động cơ 4,5,6 ( M4 , M5 , M6 ) : Động cơ vặn nắp. - Xy lanh A : Xy lanh rót nước. - Xy lanh B : Xy lanh chặn 1. - Xy lanh C : Xy lanh vặn nắp. - Xy lanh D : Xy lanh ép chai. - Xy lanh E : Xy lanh chặn 2. - Cảm biến 1 : Cảm biến đếm 3 chai. - Cảm biến 2,3,4 : Cảm biến nhận chai để rót nước. - Cảm biến 5,6,7 : Cảm biến nhận chai để vặn nắp.

Trang 45

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

3. Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 3.1 Kết quả : 3.1.1 Kết quả đạt được : - Hoàn thành được các công việc đã đề ra như : + Thiết kế : Đưa ra những ý tưởng về các chi tiết và thiết kế trên bản vẽ. + Thi công : Gia công và chế tạo các chi tiết đã được thiết kế trên bản vẽ. + Vận hành được mô hình : Sử dụng phần mềm điều khiển để mô hình hoạt động đúng yêu cầu đã đề ra. - Ứng dụng thành công các môn học vào thực tiễn như : Khí nén-thủy lực , thực hành tiện phay ,cảm biến-đo lường , kỹ thuật lập trình PLC. - Đối với mô hình thì trong 1 giờ hoàn thành được 90 sản phẩm. 3.1.2 Hạn chế : - Trong mô hình vẫn có một số lỗi xảy ra : + Băng tải tròn đưa chai vào băng tải chính thì chai có thể ngã. + Nắp đưa từ hộp trữ nắp vào hộp phân loại có thể kẹt nắp. + Chai đến cơ cấu tra nắp có thể không tra được nắp. - Tuy nhiên những lỗi trên chỉ xảy ra khoảng 20% đến 30%. 3.2 Hướng phát triển : - Nhóm sẽ khắc phục những lỗi xảy ra trong mô hình , giảm xác suất xảy ra lỗi xuống còn 10% đến 15% để mô hình hoàn thiện hơn và an toàn tuyệt đối cho người vận hành. - Bên cạnh đó nhóm sẽ phát triển thêm phần dán nhãn và đóng thùng. - Điều mà nhóm muốn vươn tới là hoàn thiện mô hình để có thể đưa ra thành dây chuyền thực tế.

Trang 46

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

3.3 Kết luận : - Trong quá trình thực hiện mô hình , cả nhóm đã nổ lực hết mình để hoàn thành mô hình. Tuy thời gian không dài nhưng ít nhiều cũng trang bị được cho cả nhóm những kinh nghiệm quý báu trong việc thiết kế và lập kế hoạch thi công. Đây là điều kiện đặc biệt để ứng dụng các môn học , môn thực hành và thực tế. Cảm nhận được tầm quan trọng của từng chi tiết mà mình gia công và chế tạo ra , có cơ hội cọ xát với môi trường cơ khí và điện tử một cách thực tế nhất , rút ra nhiều kinh nghiệm quý báu cho bản thân trong việc so sánh , lựa chọn và đánh giá được những thiết bị điện , điện tử thông dụng ngoài thị trường. Ngoài ra nhóm xin một lần nữa gửi lời cảm ơn đến các thầy cô đã sát cánh và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho nhóm trong quá trình thực hiện và hoàn thành mô hình.

Trang 47

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

4. DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Giáo trình công nghệ khí nén , tài liệu học tập , trường CĐKT Cao Thắng , lưu hành nội bộ , 2012. 2. Tài liệu thực hành điện tử căn bản , trường CĐKT Cao Thắng , lưu hành nội bộ , 2013. 3. Tự động hóa với Simatic s7-300 , tập thể tác giả , Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật , Hà Nội , 2006. 4. Kỹ thuật điện , Phạm Văn Mạng – Trần Đại Nghĩa , trường CĐKT Cao Thắng .

Trang 48