LỜI CẢM ƠN Sau năm học tập nghiên cứu Khoa Kỹ thuật Công nghệ trường Cao Đẳng Xây Dựng Cơng Trình Đơ Thị, giúp đỡ quý báu thầy giáo, cô giáo bạn bè trường, lớp giúp chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình điều khiển hệ thống mạ điện tự động” sử dụng PLC Để hoàn thành đồ án này, cho phép chúng em bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới thầy, cô giáo Khoa Kỹ thuật Công nghệ, thầy giáo chủ nhiệm Nguyễn Đức Việt giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Ths Nguyễn Quốc Tâm thầy Ths Đinh Khắc Huynh người tận tình giúp đỡ chúng em suốt q trình hồn thành đồ án Xin cảm ơn thành viên lớp CĐ CNKT Điện 1- K7, trường Cao Đẳng Xây Dựng Cơng Trình Đơ Thị Em xin cảm ơn gia đình, bạn bè ln bên chúng em, giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Mặc dù có nhiều cố gắng học tập, nghiên cứu suốt thời gian học tập trường, song thời gian có hạn nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong góp ý thầy giáo, bạn để đồ án tốt nghiệp hoàn thiện nâng cao Em xin chân thành cảm ơn! TRƯỜNG CĐXDCT ĐÔ THỊ KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MẠ ĐIỆN TỰ ĐỘNG II Sinh viên thực hiện: Phan Hải Luận Nguyễn Hồng Sơn III Giáo viên hướng dẫn: Lớp Cao đẳng điện khóa Lớp Cao đẳng điện khóa Ths Đinh Khắc Huynh Ths Nguyễn Quốc Tâm IV Nội dung đề tài cần hoàn thành: Chương 1: Tổng quan Lý chọn đề tài 1.1 Lý khách quan 1.2 Lý chủ quan Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Chương 2: Cơ sở lý thuyết 2.1: Tìm hiểu PLC 2.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển PLC 2.1.2 Phân loại 2.1.3 Cấu trúc phần cứng 2.1.3.1 Cấu trúc 2.1.3.2 Các họ CPU PLC S7-200 2.1.3.3 Phân loại PLC S7-200 2.1.3.4 Mạch giao tiếp S7-200 2.1.4 Cấu trúc chương trình 2.1.5 Cấu truc nhớ 2.1.6 Ưu nhược điểm PLC S7-200 2.1.7 Phạm vi ứng dụng 2.2 Công tắc hành trình 2.3 Động Chương 3: Cơng nghệ mạ điện 3.1 Khái niệm 3.2 Sự hình thành lớp mạ điện 3.3 Quá trình mạ điện 3.3.1 Quá trình xử lí bề mặt 3.3.2 Mạ điện Chương 4: Thiết kế thi cơng mơ hình 4.1 Sơ đồ cơng nghệ 4.2 Nguyên lí hoạt động 4.3 Các phần tử sử dụng mơ hình 4.4 Thiết kế mơ hình 4.5 Chương trình điều khiển Kết luận kiến nghị * Hướng phát triển đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO V Số lượng, nội dung vẽ (ghi rõ loại, kích thước cách thực vẽ) sản phẩm (nếu có): Ngày giao: Ban giám hiệu Trưởng môn Ngày hoàn thành: / /2013 Hà Nội, ngày ./ /2013 Cán hướng dẫn Sinh viên thực Đã hoàn thành nộp đồ án ngày tháng năm 2013 (Ký ghi rõ họ tên) MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG .8 MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .11 Lí chọn đề tài .11 1.1 Lý khách quan 11 1.2 Lý chủ quan 11 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 12 2.1 Mục tiêu 12 2.2 Nhiệm vụ .12 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 Tìm hiểu PLC .13 2.1.1 Sơ lược lịch sử phát triển PLC 13 2.1.2 Phân loại 14 2.1.3 Cấu trúc phần cứng 14 2.1.3.1 Cấu trúc 15 2.1.3.2 Các họ CPU PLC S7-200 17 2.1.3.3 Phân loại PLC S7 – 200 17 2.1.3.4 Mạch giao tiếp S7-200 CPU 224AC/DC/Relay với thiết bị ngoại vi 18 2.1.4 Cấu trúc chương trình 19 2.1.5 Cấu trúc nhớ 22 2.1.5.1 Vùng nhớ chương trình .22 2.1.5.2 Vùng tham số 22 2.1.5.3 Vùng liệu .22 2.1.5.4 Các module vào mở rộng 22 2.1.6 Ưu điểm nhược điểm PLC S7-200: 23 2.1.6.1 Ưu điểm 23 2.1.6.2 Nhược điểm 24 2.1.7 Phạm vi ứng dụng 24 2.2 Cơng tắc hành trình 24 2.3 Động Cơ 25 2.3.1 Động điện chiều .25 2.3.2 Động điện xoay chiều .26 CHƯƠNG 3: CÔNG NGHỆ MẠ ĐIỆN 28 3.1 Khái niệm 28 3.2 Sự hình thành lớp mạ điện 29 3.3 Quá trình mạ điện 31 3.3.1 Quá trình xử lý bề mặt 31 3.3.2 Mạ điện 33 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH .36 4.1 Sơ đồ công nghệ .36 4.2 Nguyên lý hoạt động: .36 4.3 Các phần tử sử dụng mô hình 38 4.3.1 PLC 38 4.3.2 Công tắc hành trình 38 4.3.3 Động rơle: 38 4.4 Thiết kế mơ hình .40 4.4.1 Khung mô hình 40 4.4.2 Hộp mạ sản phẩm 41 4.5 Chương trình điều khiển 41 4.5.1 Chương trình điều khiển 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .46 Kết luận .46 Kiến nghị 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PHỤ LỤC 48 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Mơ hình PLC .13 Hình 2.2: Q trình xử lí thông tin PLC .14 Hình 2.3: Khối mặt trước PLC S7-200 15 Hình 2.4: Cổng truyền thông 16 Hình 2.5: Sơ đồ chân nối dây vào PLC S7-200 DC/DC/D 18 Hình 2.6: Sơ đồ chân nối dây vào PLC S7-200 AC/DC/relay .19 Hình 2.7: Chu vòng quét CPU PLC .20 Hình 2.8: Cấu trúc chương trình PLC S7-200 .21 Hình 2.9: Một số loại cơng tắc hành trình .24 Hình 2.10: Động điện chiều 24V DC 26 Hình 2.11: Động điện xoay chiều pha pha .26 Hình 3.1: Mơ hình bể mạ dung dịch 28 Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống cầu trục 36 Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lí 37 Hình 4.3: Rơle 24V DC sử dụng mơ hình 39 Hình 4.4 Hộp đế mơ hình 40 Hình 4.5: Khung mơ hình 40 Hình 4.6: Bể mạ sản phẩm .41 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật PLC S7 – 200(CPU 22x) 16 Bảng 2.2: Các vùng nhớ PLC S7-200 21 Bảng 3.1: Dung dịch tẩy bóng điện hóa cho thép đồng .32 Bảng 3.2: Ảnh hưởng nồng độ H2SO4 đến độ điện phân riêng dung dịch 33 Bảng 3.3: Các dung dịch mạ đồng sunfat 33 Bảng 4.1: Bảng gán địa chương trình 40 MỞ ĐẦU Đất nước ngày phát triển, q trình cơng nghiệp hố, đại hoá diễn mạnh mẽ Song song với gia tăng nhà máy, trình độ kĩ thuật nước ta tăng lên đáng kể, dần bắt kịp với giới, ứng dụng kĩ thuật đại vào sản xuất giúp tăng suất, giảm sức lao động người … Từ giảm giá thành sản phẩm, tăng lợi nhuận cho nhà sản xuất Có lợi ích nhà máy tự động hóa trình sản xuất nhờ việc sử dụng thiết bị điện, điện tử, khí… Một thiết bị quan trọng góp phần tự động hóa nhà máy PLC PLC hãng Siemens sử dụng phổ biến khu công nghiệp lớn Vì việc tìm hiểu biết sử dụng PLC quan trọng sinh viên ngành kĩ thuật Qua tập đồ án tốt nghiệp chúng em giới thiệu lập trình PLC ứng dụng vào hệ thống điều khiển cầu trục cho công nghệ mạ điện tự động cơng ty, xí nghiệp sản xuất Trong thực tế lập trình PLC sử dụng nhiều hãng phần mềm sản xuất hãng Siemens - Đức, Omron - Nhật Bản, Goldstar Hàn Quốc, tùy thuộc vào đối tác, tiềm lực cơng ty, xí nghiệp để sử dụng cơng nghệ hãng Trong q trình thực chương trình gặp nhiều khó khăn tài liệu tham khảo cho vấn đề ít, hạn hẹp, liên quan đến vấn đề phần khí dây chuyền Mặc dù cố gắng khả năng, thời gian có hạn kinh nghiệm chưa nhiều nên tránh khỏi sai sót mong đóng góp, ý kiến bổ sung thầy, cô giáo bạn để đồ án hoàn thiện Với đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình điều khiển hệ thống mạ điện tự động" Chúng em có hội để tìm hiểu PLC đặc biệt PLC hãng Siemens để ứng dụng trường làm việc nhà máy Để có điều phần lớn nhờ hướng dẫn tận tình thầy Ths Nguyễn Quốc Tâm, thầy Ths Đinh Khắc Huynh thầy, cô giáo Khoa Kỹ thuật Công nghệ Đề tài lần chúng em ứng dụng PLC lần đầu làm quen với công nghệ PLC nên dù cố gắng hoàn thành đề tài chúng em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong thầy bạn đóng góp ý kiến để em hoàn thiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày … tháng … năm 2013 Sinh viên thực Phan Hải Luận Nguyễn Hồng Sơn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Lí chọn đề tài 1.1 Lý khách quan Đất nước ngày phát triển, trình cơng nghiệp hố, đại hố diễn mạnh mẽ Song song với gia tăng nhà máy, trình độ kĩ thuật nước ta tăng lên đáng kể, dần bắt kịp với giới, ứng dụng kĩ thuật đại vào sản xuất giúp tăng suất, giảm sức lao động người… Từ giảm giá thành sản phẩm, tăng lợi nhuận cho nhà sản xuất Có lợi ích nhà máy tự động hóa q trình sản xuất nhờ việc sử dụng thiết bị điện, điện tử, khí… Một thiết bị quan trọng góp phần tự động hóa nhà máy PLC PLC hãng Siemens sử dụng phổ biến khu cơng nghiệp lớn Vì vậy, việc tìm hiểu biết sử dụng PLC quan trọng sinh viên ngành kĩ thuật Là sinh viên theo học ngành “Công nghệ kĩ thuật điện, điện tử” Khoa Kỹ thuật Công nghệ - trường Cao Đẳng Xây Dựng Cơng Trình Đơ Thị, với kiến thức thầy, cô giáo trường truyền đạt, với quan tâm ban lãnh đạo nhà trường, cộng với lòng say mê nghiên cứu khoa học Chúng em chọn đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình điều khiển hệ thống mạ điện tự động” sử dụng PLC Với đề tài em vận dụng kiến thức thầy cô truyền đạt suốt thời gian theo học trường Cao Đẳng Cao Đẳng Xây Dựng Cơng Trình Đơ Thị 1.2 Lý chủ quan Với niềm đam mê nghiên cứu khoa học, sinh viên theo ngành Công nghệ kĩ thuật điện, điện tử Cũng bao sinh viên có niềm đam mê khoa học kĩ thuật, công nghệ trường khác Chúng em ước mơ ngày vận dụng kiến thức thầy, giáo trường truyền đạt để so tài với sinh viên trường bạn Sau quan tâm ban giám hiệu nhà trường, thầy cô khoa Với đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình điều khiển hệ thống mạ điện tự động” sử dụng PLC chúng em hi vọng đem lại cho bạn sinh viên khác niềm đam mê nghiên cứu khoa học, giúp bạn thỏa sức nghiên cứu, sáng tạo học tập Với đề tài chúng em hi vọng sinh viên không 10 - Toàn hệ thống dừng lại ấn nút Stop Q 1M 1L RUN 0.0 0.0 RL1 LS1 0.1 0.1 RL2 LS2 0.2 0.2 RL3 LS3 0.3 0.3 RL4 LS4 0.4 LS5 0.5 LS6 0.6 LS7 0.7 2M OFF 1.0 KÐ 1.1 1.2 PLC S7-200 I 2L 0.4 0.5 0.6 3L 0.7 1.3 1.0 1.4 1.1 1.5 M N L+ L1 24 VDC 24 VDC K11 K21 K31 M2 M1 K22 K41 K12 K41 K31 Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lí 36 4.3 Các phần tử sử dụng mơ hình 4.3.1 PLC Sử dụng PLC S7-200 CPU 224 có đặc điểm sau: - Số I/O số có sẵn CPU: 14DI/10DO; - Số modul tối đa ghép nối: modul; - Số lượng I/O số tối đa: 128DI/128DO; - Số lượng I/O Analog tối đa: 32AI/32AO; - Các Counter/timer: 256/256 S7-200 CPU 224 có số ưu điểm: - Hệ thống điều khiển module nhỏ gọn cho ứng dụng phạm vi hẹp; - Có nhiều module mở rộng; - Có số lượng đầu vào/ra phù hợp với tốn; - Có thể mở rộng đến module; - Bus nối tích hợp module mặt sau; - Có thể nối mạng với cổng giao tiếp RS485 hay Profibus; - Thiết bị lập trình trung tâm truy cập đến module; - Không quy định rãnh cắm; - Phần mềm điều khiển riêng; - Tích hợp CPU, I/0 nguồn cung cấp vào module; - Micro PLC với nhiều chức tích hợp 4.3.2 Cơng tắc hành trình Qua so sánh với thiết bị cảm biến khác với yêu cầu đồ án tốt nghiệp em định sử dụng cơng tắc hành trình vì: - Độ ổn định tính xác cao sử dụng tiếp điểm - Dễ sử dụng lắp đặt - Nhỏ gọn, giá thành thấp - Dễ dàng thay hỏng 4.3.3 Động rơle: Do yêu cầu tính thẩm mĩ mơ hình cần: - Độ ổn định 37 - Tính xác - Lực tác động vào cơng tắc hành trình chọn khơng q lớn nhằm đảm bảo độ bền cho thiết bị Vì em chọn động điện chiều 24V DC để điều khiển di chuyển lăn cấu treo vật mạ Ngồi ra, mơ hình thu nhỏ nên không sử dụng động pha công suất động lớn, lãng phí điện Để phù hợp với u cầu đồ án mơ hình, để đảo chiều động 24V DC em sử dụng rơle 24V DC - Tính xác, độ nhạy cao - Nhiều tiếp điểm - Cấu tạo đơn giản - Dễ dàng thay hỏng - Giá thành thấp, độ an toàn cao Và phù hợp với yêu cầu công nghệ đồ án thiết kế mô hình Hình 4.3: Rơle 24V DC sử dụng mơ hình 38 4.4 Thiết kế mơ hình 4.4.1 Khung mơ hình 100 40 20 50 Hình 4.4 Hộp đế mơ hình 100 Hình 4.5: Khung mơ hình Gồm có phần chính: khung sắt, đế khung cấu - Khung sắt gồm: hộp chữ nhật (dài 80cm, rộng 20cm, cao 50cm), ray dài 80cm - Đế khung: rộng 40cm, dài 100cm Được làm gỗ - Cơ cấu: Cầu trục di chuyển hai ray dài 80cm - bể mạ (cao 8cm, rộng 8cm, dài 10cm) 39 4.4.2 Hộp mạ sản phẩm Gồm hộp hình chữ nhật kích thước: - Cao cm - Rộng cm - Dài 10 cm Hình 4.6: Bể mạ sản phẩm 4.5 Chương trình điều khiển 4.5.1 Chương trình điều khiển Bảng 4.1: Bảng gán địa chương trình 40 Chương trình: 41 42 43 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian nghiên cứu làm việc cách nghiêm túc với giúp đỡ, đóng góp ý kiến thầy Ths Nguyễn Quốc Tâm, thầy Ths Đinh khắc Huynh thầy, cô giáo khoa Kỹ thuật Công nghệ với giúp đỡ bạn bè lớp, đến chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “Thiết kế, chế tạo mơ hình điều khiển cơng nghệ mạ điện tự động” mơ hình hoạt động tốt Trong q trình thực đề tài chúng em vận dụng kiến thức học từ môn học: điều khiển logic PLC, trang bị điện, điện tử, lý thuyết điều khiển tự động… tự đánh giá trình độ thân, tự nghiên cứu tài liệu học hỏi từ thầy, cô giáo bạn bè tìm kiến thức Qua trình làm mơ hình chúng em biết kết hợp lý thuyết thực hành Hơn nữa, qua trình thực đề tài chúng em quen dần với cách làm việc độc lập làm việc theo nhóm biết cách tổ chức cơng việc xếp thời gian hợp lý Đó thành to lớn suốt trình học tập mà chúng em đạt Kiến nghị * Hướng phát triển đề tài Công nghệ sử dụng PLC lĩnh vực nước phát triển giới biết đến từ lâu, nhiên lĩnh vực khoa học Việt Nam đặc biệt với sinh viên Chúng em sinh viên Việt Nam khác hầu hết có điều kiện tiếp xúc nghiên cứu đề tài khoa học Chắc chắn việc nghiên cứu đề tài khoa học giúp cho sinh viên chúng em tổng hợp kiến thức học trang bị cho chúng em kiến thức kinh nghiệm bổ ích Do vậy, chúng em mong sang năm học tới năm học sau khoa trường đưa nhiều đề tài thiết kế chế tạo nữa, đồng thời tạo điều kiện nhiều để sinh viên nghiên cứu thực đề tài khoa học sâu hơn, đạt kết tốt 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bùi Hồng Huế Nguyễn Văn Doanh:“Giáo trình Hướng dẫn thực hành PLC S7-200”; NXB Xây dựng năm, 2011 Phan Xuân Minh, Nguyễn Doãn Phước: “Tự động hố với PLC S7-200”; Nhà xuất nơng nghiệp, Hà Nội; 1997 Nguyễn Khương: “giáo trình mạ điện”, NXB Khoa học kỹ thuật Phan Quốc Ngô Nguyễn Đức Chiến: “Cảm biến”; Nhà xuất Khoa Học Kĩ Thuật (2000), Chủ biên Nguyễn Văn Lộc: “Sổ tay công nghệ mạ điện”; NXB Bách khoa, Hà nội Nguyễn Văn Lộc: “Giáo trình Mạ điện tự động”; NXB Giáo dục PGS.PTS Trần Minh Hồng: “Cơng nghệ mạ điện ”; NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội năm 1998 46 PHỤ LỤC Hình 1.1 Hình ảnh bể rửa Hình 1.2 Hình ảnh bể mạ 47 Hình 1.3 Hình ảnh bể mạ Hình 1.4 Hình ảnh bể tẩy 48 Hình 1.5 Hình ảnh rơle điều khiển Hình 1.6 Hình ảnh giắc kết nối 49 Hình 1.7 Hình ảnh mơ hình hồn thiện 50 ...TRƯỜNG CĐXDCT ĐÔ THỊ KHOA KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Tên đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MẠ ĐIỆN TỰ ĐỘNG II Sinh viên thực hiện: Phan Hải Luận Nguyễn... thiện Với đề tài Thiết kế, chế tạo mơ hình điều khiển hệ thống mạ điện tự động" Chúng em có hội để tìm hiểu PLC đặc biệt PLC hãng Siemens để ứng dụng trường làm việc nhà máy Để có điều phần lớn... trình .24 Hình 2.10: Động điện chiều 24V DC 26 Hình 2.11: Động điện xoay chiều pha pha .26 Hình 3.1: Mơ hình bể mạ dung dịch 28 Hình 4.1: Sơ đồ công nghệ hệ thống cầu trục