Đang tải... (xem toàn văn)
thiết kế, chế tạo mô hình dây chuyền dập nút chai điều khiển plc
http://codientu.org 1 Mục lục Lời nói đầu 3 Chơng 1 5 Tổng quan về dây chuyền dập nút chai v Bộ điều khiển logic khả trình PLC. 5 1.1 Tổng quan về dây chuyền dập nút chai 5 1.1.1 Tổng quan về dây chuyền sản xuất nói chung 5 1.1.2 Cấu trúc v chức năng của các thnh phần trong dây chuyền dập nút chai 10 1.2 Bộ điều khiển logic khả trình PLC 21 1.2.1 Khái quát chung về bộ điều khiển logic khả trình 21 1.2.2 Thiết bị điều khiển logic khả trình S7-200 của SIEMENS 27 Chơng 2 34 tính toán động học tay máy dập nút chai 34 2.1 Xây dựng phơng trình động học tay máy. 34 2.2 Xác định các hệ toạ độ. 35 2.3 Giải bi toán động học thuận tay máy. 36 2.4 Giải bi toán động học ngợc tay máy. 39 Chơng 3 42 tính toán, thiết kế tay máy dập nút chai 42 3.1 Các yêu cầu về tính toán thiết kế tay máy dập nút chai 42 3.2 Thiết kế sơ bộ 42 3.3 Tính toán, thiết kế băng tải. 45 3.4 Tính chọn động cơ v hộp giảm tốc. 46 3.5 Chọn trục vítme cho cơ cấu nâng hạ tay máy. 51 Chơng 4 52 ứng dụng PLC điều khiển dây chuyền dập nút chai. 52 4.1 Điều khiển dây chuyền dập nút chai 52 4.1.1 Hệ thống điều khiển theo trình tự v hệ thống điều khiển tổ hợp 52 4.1.2 Chức năng của hệ thống điều khiển 53 4.1.3 Sơ đồ khối chức năng ứng dụng PLC. 54 4.1.4 Giới thiệu về giao diện điều khiển dùng LabVeiw. 55 4.2 Mô tả hoạt động của dây chuyền dập nút chai. 61 http://codientu.org 2 4.2.1 Các thnh phần ghép nối. 63 4.2.2 Quá trình hoạt động của hệ thống 64 4.2.3 Kết luận v đánh giá kết quả đạt đợc. 65 Kết luận 68 Ti liệu tham khảo 69 Phụ lục 70 Phụ lục 1: Thuật toán chơng trình 70 Phụ lục 2: Chơng trình điều khiển dây chuyền dập nút chai 74 Phụ lục 3: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển tốc độ động cơ 86 http://codientu.org 3 Lời nói đầu Ngy nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, điện tử, tự động hoá, việc ứng dụng các công nghệ điện tử, tự động hoá vo các dây chuyền sản xuất l rất quan trọng. Nó đóng một vai trò tích cực trong sự phát triển của các ngnh công nghiệp, tạo ra các sản phẩm có chất lợng cao, giá thnh hạ, giảm bớt sức lao động cho con ngời, năng suất lao động nhờ thế m đợc nâng cao, thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế nói chung. Trong những năm gần đây, bộ điều khiển logic khả trình (PLC) đợc sử dụng ngy cng rộng rãi trong công nghiệp nh l một giải pháp lý tởng cho việc tự động hóa quá trình sản xuất. Cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính, bộ điều khiển logic khả trình đã đạt đợc những u thế cơ bản trong những ứng dụng điều khiển công nghiệp, đó l dễ dng lập trình v lập trình lại, nhanh chóng thay đổi chơng trình điều khiển, độ tin cậy cao trong môi trờng công nghiệp, cấu tạo nhỏ gọn v giá thnh thấp so với hệ thống điều khiển truyền thống dùng rơle. Vì vậy việc học tập, nghiên cứu v ứng dụng PLC trong các hệ thống điều khiển l một nhu cầu rất cần thiết. Sau thời gian đi thực tập tốt nghiệp tại các nh máy, đợc tham quan các dây chuyền sản xuất. Tôi đã nhận đề ti tốt nghiệp Thiết kế, chế tạo mô hình dây chuyền dập nút chai điều khiển PLC. Với mục đích l nghiên cứu về bộ điều khiển logic khả trình v ứng dụng nó vo việc xây dựng hệ thống điều khiển dây chuyền dập nút chai. Xây dựng mô hình dây chuyền từ các thiết bị có sẵn trên thị trờng, mở ra một hớng mới về việc thiết kế chế tạo dây chuyền đóng gói với giá thnh thấp, không phải sử dụng các hệ thống, thiết bị ngoại nhập đắt tiền. http://codientu.org 4 Nội dung đồ án gồm các chơng: - Chơng 1: Tổng quan về dây chuyền dập nút chai v Bộ điều khiển logic khả trình PLC. - Chơng 2: Tính toán động học tay máy dập nút chai. - Chơng 3: Tính toán, thiết kế tay máy dập nút chai. - Chơng 4: ứng dụng PLC để điều khiển dây chuyền dập nút chai. Trong đó, nhiệm vụ của các thnh viên nh sau: 1.Phạm Đức Tuân -Tìm hiểu tổng quan về dây chuyền dập nút chai. -Tính toán động học, viết chơng trình điều khiển. 2. Nguyễn Hong Linh -Tính toán, thiết kế mô hình cơ khí. -Viết giao diện điều khiển dây chuyền dập nút chai. Tôi xin chân thnh cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Nguyễn Đức Anh v các thầy giáo trong bộ môn Cơ điện tử & Chế tạo máy đặc biệt cũng nh các thầy giáo trong khoa Hng Không Vũ Trụ đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình lm đồ án. H nội, ngy 05 tháng 6 năm 2009 Học viên thực hiện Nguyễn Hong Linh Phạm Đức Tuân http://codientu.org 5 Chơng 1 Tổng quan về dây chuyền dập nút chai v Bộ điều khiển logic khả trình PLC. Nội dung chơng 1 sẽ đề cập đến những khái niệm, cấu trúc chức năng của các thnh phần chủ yếu trong dây chuyền dập nút chai. Khảo sát các thiết bị của hệ thống, những vấn đề trọng tâm l nguyên lý hoạt động của các phần tử cảm biến v chấp hnh, sự nối ghép giữa chúng với hệ thống điều khiển, các thnh phần v nguyên lý hoạt động của hệ thống, lm cơ sở cho việc xây dựng hệ thống điều khiển ứng dụng PLC. 1.1 Tổng quan về dây chuyền dập nút chai 1.1.1 Tổng quan về dây chuyền sản xuất nói chung * Một số mô hình dây chuyền dập nút chai có trong thực tế http://codientu.org 6 Máy chiết rót và siết nắp chai tự động - Kích thước : L5000xW2400xH2200 - Công suất: Max : 3600 Chai/h - Số lượng: 01 cái . - Nguồn: 1 pha – 220V hoặc 3 pha – 380V - Vật liệu : bọc khung sườn bằng Inox SS304. - Trọng lượng máy: Tuỳ công suất máy. - Điều khiển bằng bộ lập trình PLC, màn hình HMI linh hoạt cho quá trình điều khiển. - Cấp nắp tự động cho các loại chai. - Hệ sensor quang, từ, giám sát và bảo vệ cho máy. - Dễ: Thao tác, vệ sinh, bảo hành b ảo dưỡng - Ứng dụng: cho các loại chai D D © © y y c c h h u u y y Ò Ò n n c c h h i i Õ Õ t t n n − − í í c c m m ¾ ¾ m m v v μ μ ® ® ã ã n n g g c c h h a a i i t t ù ù ® ® é é n n g g http://codientu.org 7 Chúng tôi, xin giới thiệu cụ thể về nh máy sản xuất nớc khoáng AVA, nằm trên quốc lộ 1B, trên đờng đi Bắc Sơn, thuộc thị trấn La Hiên huyện Võ Nhai thnh phố Thái Nguyên ( Cách trung tâm thnh phố Thái Nguyên 20km). Công suất trung bình của nh máy l khoảng 800 đến 1000 thùng / 1 ca sản xuất ( Mỗi thùng 24 chai x 500ml), sản phẩm chính l nớc khoáng thiên nhiên đóng chai. Dây chuyền dập nút chai của nh máy, l một dây chuyền hiện đại v hoạt động rất hiệu quả. Nh máy nớc khoáng AVA có tất cả 2 dây truyền sản xuất, đợc trang bị 8 động cơ để thực hiện truyền động cho các máy,trong đó mỗi một dây truyền gôm có 4 máy sản xuất chính: 2 máy rửa chai 1 máy chiết chai 1 máy đóng nút chai Tất cả 8 động cơ của 2 dây truyền ny đều l các động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha trong đó: D 1 ,D 2 ,D 3 ,D 4 l 4 động cơ thực hiện việc rửa chai. Hình 1.1a: Máy rửa chai. http://codientu.org 8 D 5 ,D 6 l 2 động cơ thực hiện việc dịch chuyển băng tải v hệ thống kéo xilanh bằng xích. Hình 1.1b: Động cơ băng tải máy chiết chai. D 7 ,D 8 l 2 động cơ thực hiện thao tác vặn nút chai.Quá trình vặn nút chai đợc thực hiện hon ton bằng khí nén, 2 động cơ D 7 v D 8 chỉ thực hiện thao tác quay mâm đặt các xilanh. Hình 1.1c: Máy vặn nút chai. http://codientu.org 9 Từ dây chuyền sản xuất thực tế của nh máy, chúng ta có thể hiểu tổng quát về một dây chuyền phải bao gồm những thiết bị gì. Một dây chuyền sản xuất nhất thiết phải bao gồm các hệ thống sau: - Hệ thống nguồn nuôi: Có thể l điện áp 1pha 220V hoặc ba pha 380V. Thông thờng các dây chuyền sản xuất cỡ vừa v nhỏ thờng sử dụng điện áp 1 pha 220 VAC để lm nguồn cung cấp cho ton bộ hệ thống. - Bộ xử lý trung tâm: ở các hệ thống cũ thờng dùng các hệ thống rơle, khởi động từ (contactor) lm hệ thống điều khiển trung tâm. Ngy nay đa phần các dây truyền sản xuất đều sử dụng các thiết bị xử lý công nghiệp nh các thiết bị vi xử lý onchip hoặc bộ điều khiển logic khả trình PLC. Với các u điểm l tốc độ xử lý nhanh, độ tin cậy cao, dễ dng trong việc ci đặt v thay đổi chơng trình. - Các thnh phần cảm biến: Các dây chuyền công nghiệp hiện nay thờng sử dụng loại cảm biến vị trí kiểu quang điện để phát hiện vật. u điểm l nhỏ gọn v tin cậy v có độ chính xác cao. Các cảm biến ny sẽ đa tín hiệu đến đầu vo của bộ xử lý trung tâm để điều khiển dây chuyền. Các cảm biến ny cũng có thể l các công tắc hnh trình. - Hệ thống mạch động lực: Thờng sử dụng các khởi động từ để điều khiển các động cơ xoay chiều. Ngoi ra còn sử dụng rơle để điều khiển động cơ một chiều hoặc các thiết bị khác nh l các thiết bị điện tử công suất (Thyristor). Có thể l các rơle van khí để vận hnh các cơ cấu chấp hnh khí nén. - Các cơ cấu chấp hnh: Tùy vo mục đích hoạt động của từng dây chuyền, Cơ cấu chấp hnh có thể l các động cơ một chiều, xoay chiều, các cánh tay thủy lực khí nén. http://codientu.org 10 1.1.2 Cấu trúc v chức năng của các thnh phần trong dây chuyền dập nút chai Hình 1.1c: Sơ đồ khối chức năng của dây chuyền dập nút chai a) Bảng điều khiển trung tâm Có nhiệm vụ điều khiển quá trình vận hnh của dây truyền ở hai chế độ tự động (auto) hoặc bằng tay (manual). Bảng điều khiển trung tâm gồm có các bộ phận nh l các nút ấn, công tắc. Bảng điều khiển dây chuyền dập nút chai. Bộ xử lý trung tâm (plc) Khối hiển th ị Bảng điều khiển trung tâm Khối cảm biến (Senso) Công tắc hnh trình Mạch động lực Cơ cấu chấp hnh(Động cơ 1 chiều) [...]...http://codientu.org * Nút ấn: Nút ấn còn gọi l nút điều khiển, l loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau, các dụng cụ báo hiệu, chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu, liên động, bảo vệở mạch điện một chiều điện áp đến 440V v v mạch điện xoay chiều điện áp đến 500V tần số 50, 60 Hz Hình 1.2a: Cấu tạo nút ấn Hình 1.2b: Hình chụp thực tế nút ấn * Công tắc: L loại... điều khiển logic khả trình a) Giới hiệu về PLC PLC viết tắt của Programmable Logic Controller, l thiết bị điều khiển logic lập trình đợc, hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình PLC l loại thiết bị điều khiển đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, đợc thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các quá trình từ đơn giản đến phức tạp... trình (bằng các thiết bị lập trình chuyên dụng) rồi nạp vo bộ nhớ PLC Hoạt động cơ bản của PLC l kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ở ngõ vo, đợc đa về từ quá trình điều khiển, thực hiện chơng trình trong bộ nhớ v tạo ra tín hiệu điều khiển các thiết bị bên ngoi Tuy nhiên cần phải có mạch khếch đại công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn Về phần cứng, PLC tơng tự nh... (Sensor): L thiết bị cảm biến dùng để phát hiện chai v đếm số chai trong dây chuyền Trong dây truyền sử dụng loại cảm biến thu phát quang E3SDS30E4 của hãng OMRON Có thể điều chỉnh đợc khoảng cách từ 30 cm đến 10cm thông qua núm vặn trên cảm biến Cảm biến l kiểu NPN với 2 chân nguồn (nguồn nuôi có thể cho phép từ 10 ữ 30 VDC) v 1 chân tín hiệu âm Trong đó dây nâu (Brown) dây nối với dơng (+) nguồn, dây xanh... chai V các động cơ một chiều khác cho các cơ cấu tay kẹp, cơ cấu trục vít di truyển Trong đó các cơ cấu trục vít di truyển sử dụng loại động cơ không có hộp số (vì yêu cầu tốc độ di truyển nhanh do khoảng cách các răng trục vít l tơng đối nhỏ) Hình 1.9: Hình chụp các loại động cơ sử dụng trong dây chuyền 20 http://codientu.org 1.2 Bộ điều khiển logic khả trình PLC 1.2.1 Khái quát chung về bộ điều khiển. .. liệu, chuyên dùng với chức năng sử lý dữ liệu v hiển thị) trong khi PLC l máy tính điều khiển quá trình, hay còn gọi l máy tính công nghiệp vì chúng có những đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp b) u điểm của PLC *Trong ứng dụng điều khiển - Dễ dng trong lập trình, cho phép nhanh chóng thay đổi chơng trình điều khiển - Ngôn ngữ lập trình truyên dùng, dễ hiểu v dễ sử dụng - Khả... phụ thuộc vo chế độ hoạt động của CPU CPU S7-200 có hai chế độ vận hnh: chế độ STOP v chế độ RUN Sự khác nhau chính giữa hai chế độ ny l chơng trình chính đợc thực hiện trong chế độ RUN m không đợc thực hiện trong chế độ STOP e) Lựa chọn chế độ vận hnh của CPU CPU S7-200 có hai chế độ vận hnh STOP: CPU không thực hiện chơng trình, ta có thể tải về chơng trình hoặc cấu trúc của CPU khi CPU ở chế độ STOP... thống Bus điều khiển: CPU sử dụng bus điều khiển để cung cấp các tín hiệu điều khiển v nhận các tín hiệu thông báo từ các thnh phần * Khối ghép nối vo/ra Khối ghép nối vo: Có các chức năng nhận tín hiệu từ các thiết bị nh các cảm biến, chuyển mạch biến đổi các tín hiệu vo thnh mức điện áp một chiều, thực hiện cách ly tĩnh điện nhờ bộ ghép nối quang, tạo tín hiệu logic chuẩn đa đến các mạch trong PLC Do... gửi tín hiệu điều khiển các thiết bị thông qua các đầu ra số Một chu kỳ gồm đọc tín hiệu đầu vo, thực hiện chơng trình, truyền thông nội v tự kiểm tra lỗi, gửi tín hiệu tới các đầu ra đợc gọi l một vòng quét (Scan Cycle) Việc thực hiện một vòng quét xảy ra với thời gian rất ngắn 26 http://codientu.org 1.2.2 Thiết bị điều khiển logic khả trình S7-200 của SIEMENS S7-200 l thiết bị điều khiển logic khả... chiều có đặc tính điều chỉnh tốc độ rất tốt vì vậy động cơ 1 chiều đợc dùng nhiều trong các ngnh công nghiệp có yều cầu cao về điều chỉnh tốc độ Hơn thế nữa nó còn có u điểm l đơn giản v dễ dng trong thiết kế bộ điều khiển tốc độ động cơ (giá thnh bộ điều khiển tốc độ rẻ) Nhợc điểm của động cơ một chiều so với động cơ xoay chiều l giá thnh đắt hơn, sử dụng nhiều kim loại mu hơn, chế tạo v bảo quản cổ . dụng PLC điều khiển dây chuyền dập nút chai. 52 4.1 Điều khiển dây chuyền dập nút chai 52 4.1.1 Hệ thống điều khiển theo trình tự v hệ thống điều khiển tổ hợp 52 4.1.2 Chức năng của hệ thống điều. xây dựng hệ thống điều khiển ứng dụng PLC. 1.1 Tổng quan về dây chuyền dập nút chai 1.1.1 Tổng quan về dây chuyền sản xuất nói chung * Một số mô hình dây chuyền dập nút chai có trong thực. dây chuyền dập nút chai v Bộ điều khiển logic khả trình PLC. - Chơng 2: Tính toán động học tay máy dập nút chai. - Chơng 3: Tính toán, thiết kế tay máy dập nút chai. - Chơng 4: ứng dụng PLC