BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ PHẬN ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LỰC ÉP TRÊN MÁY XAY LÚA ỨNG DỤNG PLC S7-200 Họ tên sinh viên: NGUYỄN MINH PHƯƠNG Nghành: CƠ ĐIỆN TỬ Niên khóa: 2007-2011 Tháng 6/2011 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ PHẬN ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LỰC ÉP TRÊN MÁY XAY LÚA ỨNG DỤNG PLC S7-200 Tác giả NGUYỄN MINH PHƯƠNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư nghành Cơ – Điện Tử Giáo viên hướng dẫn KS Nguyễn Đức Cảnh TS Nguyễn Văn Hùng Tháng năm 2011 i CẢM TẠ Xin chân thành cảm tạ! Ban giám hiệu Trường Đại Học Nơng Lâm TP.Hồ Chí Minh, Ban giám hiệu khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Trường Đại Học Nơng Lâm TP.Hồ Chí Minh, tồn thể Quý thầy cô tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập suốt thời gian theo học trường hoàn thành luận văn Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến Thầy KS Nguyễn Đức Cảnh Thầy TS Nguyễn Văn Hùng Cùng toàn thể Giảng Viên Trung Tâm Năng Lượng Và Máy Nơng nghiệp tận tình giúp đỡ em suốt thời gian thực đề tài TP.Hồ Chí Minh Tháng năm 2011 ii TÓM TẮT Đề tài “Thiết kế, chế tạo phận đo điều khiển tự động lực ép máy xay lúa sử dụng PLC S7-200” tiến hành Trung Tâm Năng Lượng Máy Nơng Nghiệp Trường Đại Học Nơng Lâm TP.Hồ Chí Minh, thời gian từ 15/3 đến 15/6 Khoa học kỹ thuật ngày phát triển ứng rộng rãi, việc áp dụng công nghệ vào Nông nghiệp mang lại nhiều thành lớn, từ gieo trồng thu hoạch Như ta biết máy xay lúa đời từ lâu, ngày hoàn thiện, việc đưa điều khiển tự động vào để tăng suất giảm chi phí lao động cấp thiết Nhờ sử dụng Loadcell PLC để kiểm soát điều khiển, nên làm tăng xuất cho máy Đề tài thực nhiệm vụ sau: - Chế tạo phận đo lực ép hai Rulo máy xay lúa - Điều khiển lực ép hai Rulo cao su - Sử dụng Step7 MicroWin 4.0 WinCC để lập trình theo dõi giá trị lực ép iii MỤC LỤC Trang CẢM TẠ ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH SÁCH CÁC HÌNH viii DANH SÁCH CÁC BẢNG ix Chương MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục đích đề tài Chương TỔNG QUAN 2.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng gạo bóc vỏ 2.1.1 Chất lượng máy bóc vỏ 2.1.2 Chất lượng lúa bóc vỏ 2.2 Một số loại máy xay xát thị trường 2.2.1 Máy xay kiểu Rulo cao su 2.2.2 Máy xay kiểu đĩa quay 2.3 Sơ lược PLC 2.3.1 Cấu trúc phần cứng PLC 2.3.2 Các loại PLC S7-200 12 2.3.3 Các module mở rộng PLC S7-200 15 2.3.4 Cổng truyền thông 16 2.4 Modul Analog EM235 17 2.5 Giới thiệu Loadcell 20 2.5.1 Cấu tạo Loadcell 20 2.5.2 Các thông số kỷ thuật Loadcell 20 2.6 Bộ Transmitter KM02 22 2.6.1 Mô tả chung 22 iv 2.6.2 Thống số kỹ thuật 23 Chương PHƯƠNG PHÁP VÀ PHƯƠNG TIỆN 24 3.1 Phương pháp 24 3.1.1 Phương pháp thực phần khí 24 3.1.2 Phương pháp thực phần điện 24 3.1.3 Phương pháp thực phần chương trình 24 3.1.4 Bố trí khảo nghiệm 25 3.2 Phương tiện 25 3.2.1 Phương tiện thực phần điện 25 3.2.2 Phương tiện thực phần khí 26 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 27 4.1 Cơ sở thiết kế phận khí 27 4.1.1 Thiết kế kết cấu phận đo điều khiển lực ép 27 4.1.2 Sơ đồ điều khiển hệ thống 29 4.1.3 Giải thuật điều khiển 30 4.1.4 Kết nối thiết bị 31 4.1.5 Lập trình điều khiển cho hệ thống 34 4.2 Vận hành kiểm tra hệ thống 35 4.3 Kết khảo nghiệm 36 4.3.1 Kết khảo nghiệm xử lý PLC 36 4.3.2 Hiệu suất máy chà xát điều khiển tự động 38 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 43 5.1 Kết luận 43 5.2 Đề nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 PHỤ LỤC 45 Phụ lục 1.1 Hình chiếu đứng chiếu cạnh khung gá 45 Phụ lục 1.2 Các nút tủ điều khiển 46 Phụ lục 1.3 Bên tủ điện 47 Phụ lục 1.4 Cơ cấu chấp hành phần gá Loadcell 48 v Phụ lục 1.5 Chương trình PLC 49 Phụ lục 1.6 Kết chương trình PC Access 52 Phụ lục 1.7 Kết chương trình Win CC 52 Phụ lục 1.8 Kết kết nối Win CC PC Access qua Tag Logging 53 vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT FAO: Food and Agriculture Organization DC: Direct Current AC: Alternatting Current CPU: Central Processing Unit ROM: Read – Only Memory RAM: Random Access Memory EEFROM: Electrically Erasable Programable Read-Only Memory LED: Light Emitting Diode I/O: Input/Output vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1 Cặp Rulo máy xay kiểu Rulo cao su Hình 2.2 Sơ đồ khối Hình 2.3 Chu kỳ quét CPU S7-200 13 Hình 2.4 PLC S7 – 200 CPU 222 14 Hình 2.5 Sơ đồ chân cổng truyền thơng 16 Hình 2.6 Sơ đồ kết nối ngõ vào Transmitter 17 Hình 2.7 Mạch cầu Wheatstone Loadcell NS6 – 50kg 20 Hình 2.8 Kích thước Loadcell NS6 21 Hình 2.9 Bộ Transmitter KM02 MK Cells 22 Hình 2.10 Sơ đồ kết nối Loadcell Transmitter 22 Hình 4.1 Hình vẽ máy 27 Hình 4.2 Lực ép tác dụng lên Rulo vít me 28 Hình 4.3 Lực tác dụng từ vít me lên Loadcell cấu chấp hành 29 Hình 4.4 Sơ đồ khối điều khiển giao tiếp với thiết bị 30 Hình 4.5 Sơ đồ giải thuật 31 Hình 4.6 Đấu dây cho Loadcell Transmitter 32 Hình 4.7 Sơ đồ kết nối nút nhấn 33 Hình 4.8 Sơ đồ kết nối nút nhấn vào PLC 33 Hình 4.9 Sơ đồ nối Relay vào động 34 Hình 4.10 Đồ thị giá trị lực ép Rulo cao su lên Loadcell hoạt động 36 Hình 4.11 Biểu đồ tỉ lệ gạo nguyên 38 Hình 4.12 Biểu đồ tỉ lệ gạo gãy 39 Hình 4.13 Biểu đồ hiệu suất bóc vỏ 40 Hình 4.14 Biểu đồ thể giá trị lực ép Win CC 40 viii DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 Thông số S7-200 CPU 222 14 Bảng 2.2 Cấu hình cơng tắc EM235 để chọn lựa Đơn cực/Đa cực, độ lợi hệ số suy giảm 17 Bảng 2.3 Ngõ vào/ra cổng kết nối EM235 18 Bảng 2.4 Cấu hình cơng tắc để chọn thang đo độ phân giải áp ngõ vào 19 Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật Loadcell Marvin – NS6 21 Bảng 2.6 Thông số Transmitter 23 Bảng 4.1 Kết khảo nghiệm khơng có điều khiển tự động 37 Bảng 4.2 Kết khảo nghiệm có điều khiển tự động 37  ix Hình 4.12 Biểu đồ tỉ lệ gạo gãy Nhận xét: Tỉ lệ gạo gãy cao khe hở Rulo nhỏ thể lần khảo nghiệm thứ hai không điều khiển Đối với điều khiển tự động tỉ lệ gạo gãy cao không nhiều so với khơng có điều khiển tự động 39 Hình 4.13 Biểu đồ hiệu suất bóc vỏ Nhận xét: Hiệu suất bóc vỏ cao với khoảng lực ép từ 32,5 đến 33,5 kg - Nhận xét chung: Khi điều khiển tự động PLC Với khoảng lực ép từ 32,5 đến 33,5 kg, ta nhận thấy hiệu suất bóc vỏ cao nhất, tỉ lệ gạo nguyên cao Tóm lại:Việc sử dụng điều khiển tự động PLC hiệu suất máy tăng đáng kể máy xát lúa với số lượng lúa lớn 40 Hình 4.14 Biểu đồ thể giá trị lực ép Win CC Trong đó: - Đường màu đen: thể giá trị loadcell đo - Đường màu xanh: thể giá trị Max - Đường màu đỏ: thể giá trị Min Giải thích điểm có đồ thị: - Trước điểm số 1: giá trị lực ép máy chưa hoạt động - Sau điểm số đến điểm số 7: giá trị lực ép máy hoạt động - Sau điểm số 7: giá trị lực ép tắt máy - Điểm số 2,4,5 giá trị lực ép vượt giới hạn cài đặt Giá trị tự động điều chỉnh nhờ cấu chấp hành - Điểm số giá trị lực ép sau điều chỉnh từ điểm số 41 Nhận xét biểu đồ: Như ta biết đường màu xanh đường màu đỏ hai giá trị giới hạn Đường màu đen thể giá trị lực ép mà Loadcell đo Giá trị trước điểm số giá trị lực ép mà Loadcell đo máy hoạt động lúc không tải Khi mở thùng chứa, lúa từ thùng chứa đổ xuống hai Rulo tạo lực ép, thể rõ điểm số chuyển sang điểm số đồ thị Khi mở thùng chứa, công tắc nguồn động DC bật Tại điểm số 2, giá trị lực ép vượt ngưỡng MAX cho phép, lúc động quay thuận cho khe hở lớn hơn, giảm lực ép Rulo Giá trị lực ép lúc điểm số đồ thị Tương tự với điểm số 4, số giá trị lực ép Rulo vượt ngưỡng MIN cho phép, động quay nghịch, khe hở giảm, lực ép Rulo tăng, đưa giá trị mức giới hạn cho phép Khi đóng cửa thùng chứa, tức nguồn cấp cho động ngắt Lúa khơng Rulo nữa, giá trị lực ép thay đổi từ điểm số đến điểm số đồ thị Sau tiến hành tắt máy, trình máy tắt, tốc độ cặp Rulo thay đổi gay rung nên giá trị lực ép tác dụng lên Loadcell thay đổi, thể từ điểm số trở sau 42 Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Sau thực thiết kế - chế tạo - kiểm tra “Bộ phận đo điều khiển tự động lực ép máy xay lúa” rút kết luận sau: - Thiết bị đo chế tạo thành công - Các thiết bị hoạt động ổn định - Đáp ứng yêu cầu khảo sát lấy số liệu - Có thể điều chỉnh khoảng lực để phù hợp với loại lúa khác - Kết khảo nghiệm cho thấy áp dụng điều khiển tự động cho hiệu suất máy cao 5.2 Đề nghị Do thời gian thực đề tài có hạn, nên số cấu chưa tối ưu khảo nghiệm hạn chế như: - Thiết kế bạc đỡ cho trục gá loadcell thay truyền xích truyền trục vít bánh - Tính tốn sức bền cho khung máy - Tại trục gá nên chế tạo vỏ để bao bọc phần trục phần loadcell, không để bụi vào máy - Nên sử dụng màng hình HIM để thị giá trị lực điều khiển - Thực khảo nghiệm thêm để xác định giá trị lực ép tối ưu - Khảo sát thị trường đưa vào sản xuất có tính khả thi cao 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO - Tài liệu máy Cối xay lúa Model HW 60A công ty chế tạo động VINAPPRO - Vũ Tiến Đạt Vẽ Cơ Khí Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TPHCM - HARRY VAN RUITEN Xê Mi Na kỹ thuật chế biến lúa Tổ chức Đại Học Nơng Lâm TP.Hồ Chí Minh - S7-200 Programmable Controller System Manual Seimen - TS TRẦN THU HÀ, KS PHẠM QUANG HUY Lập trình với S7 Win CC 6.0 Giao diện người máy HMI Nhà Xuất Bản Hồng Đức - STK Tự động hóa cơng ngiệp - Lập trình điều khiển mơ với S7VISU-LOGO-ZEN-WINCC - Tài liệu Loadcell nhà cung cấp Loadcell Marvin 44 PHỤ LỤC Phụ lục 1.1 Hình chiếu đứng chiếu cạnh khung gá 45 Phụ lục 1.2 Các nút tủ điều khiển 46 Phụ lục 1.3 Bên tủ điện 47 cấu chấp hành phầần gá Loadccell Phụ lục 1.4 Cơ 48 hương trình PLC Phụ lục 1.5 Ch 49 50 51 Phụ lục 1.6 Kết chương trình PC Access Phụ lục 1.7 Kết chương trình Win CC 52 Phụ lục 1.8 Kết kết nối Win CC PC Access qua Tag Logging 53 ... cảm tạ! Ban giám hiệu Trường Đại Học Nơng Lâm TP.Hồ Chí Minh, Ban giám hiệu khoa Cơ Khí – Cơng Nghệ Trường Đại Học Nơng Lâm TP.Hồ Chí Minh, tồn thể Quý thầy cô tạo điều kiện thuận lợi cho em... TẠO BỘ PHẬN ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG LỰC ÉP TRÊN MÁY XAY LÚA ỨNG DỤNG PLC S7-200 Tác giả NGUYỄN MINH PHƯƠNG Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp Kỹ sư nghành Cơ – Điện Tử Giáo viên hướng... Trung Tâm Năng Lượng Và Máy Nơng nghiệp tận tình giúp đỡ em suốt thời gian thực đề tài TP.Hồ Chí Minh Tháng năm 2011 ii TÓM TẮT Đề tài “Thiết kế, chế tạo phận đo điều khiển tự động lực ép máy xay