PHÂN LOẠI VÀ ĐẾM SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC DÙNG S7-200

MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG 1. 4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BĂNG TẢI 4 1.1 . Giới thiệu chung về các loại băng tải 4 1.2. Ưu điểm của băng tải 5 1.3. Cấu tạo chung của băng tải. 5 1.4. Các loại băng tải trên thị trường hiện nay. 5 CHUƠNG 2. 8 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200. 8 2.1. Giới thiệu về PLC S7-200 8 2.2. Cấu trúc phần cứng. 11 CHƯƠNG 3. 13 GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG MÔ HÌNH 13 3.1. Băng tải 13 3.2. Động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc 14 3.3. Cảm biến quang 15 3.4. Piston xylanh 16 3.5. Rơ le trung gian 17 3.6. NÚT ẤN 19 3.7. Van điện từ 20 3.8. PLC S7-200 CPU 224 20 3.9. bộ đếm sản phẩm 22 CHƯƠNG 4. 23 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG 23 4.1. Thiết kế phần cứng 23 4.2. Thiết kế phần mềm 27 4.2.1. Thuật toán điều khiển 27 4.2.2. Chương trình điều khiển 28 KẾT LUẬN 29 TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Số : Đề 2

Họ và tên HS-SV : Lớp :

………

……… ………

………

……… ………

Khoá : Khoa : Điện

Giáo viên hướng dẫn : Th.s Nguyễn Hữu Hải

NỘI DUNG

Xây dựng hệ thống điều khiển phân loại và đếm sản phẩm theo kích thước

1

2

3

4

PHẦN VIẾT BÁO CÁO

Ngày giao đề : Ngày hoàn thành :

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật con người ngàycàng đòi hỏi trình độ tự động hoá phải càng phát triển để đáp ứng được nhu cầucủa mình Tự động hoá ngày càng phát triển rộng rãi trong mọi lĩnh vực kinh tế,đời sống xã hội, nó là ngành mũi nhọn trong công nghiệp Ngày nay, trình độ tựđộng hoá của một quốc gia đánh giá cả một nền kinh tế của quốc gia đó Chính

vì lẽ đó mà việc phát triển tự động hoá là một việc hết sức cần thiết

Viêc tạo ra các sản phẩm tự động hoá không những trong công nghiệp màngay cả trong đời sống con người ngày càng được phổ biến Hầu như trong mọilĩnh vực đều thấy có cần thiết của tự động hoá.

Từ những thực tế trên kết hợp với nhữnh kiến thức đã học em đã chọn và thực

hiện đê tài “Thiết kế hệ thống phân loại và đếm sản phẩm theo kích thước ”.

Như đã nói ở trên việc tạo ra một hệ thống như vậy để thay thế con người thiếtnghĩ cũng là vấn đề hết sức cần thiết Với phạm vi đồ án chúng em sẽ tạo ra một

mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống phân loại và đếm sản phẩm

Trong thời gian thực hiện đề tài chúng em đã nhận được sự giúp đỡ của các

thầy cô và các bạn , đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Hữu Hải

để chúng em có thể hoàn thành đề tài này Chúng em xin chân thành cảm ơn

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG 1 4

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BĂNG TẢI 4

1.1 Giới thiệu chung về các loại băng tải 4

1.2 Ưu điểm của băng tải 5

1.3 Cấu tạo chung của băng tải 5

1.4 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay 5

CHUƠNG 2 8

TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200 8

2.1 Giới thiệu về PLC S7-200 8

2.2 Cấu trúc phần cứng 11

CHƯƠNG 3 13

GIỚI THIỆU VỀ CÁC THIẾT BỊ DÙNG TRONG MÔ HÌNH 13

3.1 Băng tải 13

3.2 Động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc 14

3.3 Cảm biến quang 15

3.4 Piston xylanh 16

3.5 Rơ le trung gian 17

3.6 NÚT ẤN 19

3.7 Van điện từ 20

3.8 PLC S7-200 CPU 224 20

3.9 bộ đếm sản phẩm 22

CHƯƠNG 4 23

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG 23

4.1 Thiết kế phần cứng 23

4.2 Thiết kế phần mềm 27

4.2.1 Thuật toán điều khiển 27

4.2.2 Chương trình điều khiển 28

KẾT LUẬN 29

TÀI LIỆU THAM KHẢO 30

Chương 1 Sơ lược về hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BĂNG TẢI

1.1 Giới thiệu chung về các loại băng tải

Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại

xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu Trên các kho bãi thìdùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc 1 số sản phẩm khác Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm khôngdùng được

1.2 Ưu điểm của băng tải

- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng

- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo

dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm

1.3 Cấu tạo chung của băng tải.

Hình 1.1 cấu tạo chung của băng tải

 Gồm :

+ Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật

+ Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo

+ Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo

+ Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu

tố làm việc

1.4 Các loại băng tải trên thị trường hiện nay.

Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại cóthể lựa chọn một số loại băng tải sau:

Chương 1 Sơ lược về hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước

Bảng 1.1 danh sách các loại băng tải

Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận chuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt

- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn năng suất của băng tải loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải

là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN

- Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo :

+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm

+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn phải, 1 có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào nhau của các buồng xoắn được thực hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng

- Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong bộ nhớ của PLC, trongtrường hợp dung lượng bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng bộ nhớ ngoài để lưuchương trình và dữ liệu(Catridge )

- Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X ( loại cũ) và 22X ( loại mới), trong đó

họ 21X không còn sản xuất nữa.Họ 21X có các đời sau:210, 212, 214, 215-2DP,216; họ 22X có các đời sau:221, 222, 224, 224XP, 226, 226XM

- PLC đặt biệt sử dụng trong các ứng dụng hoạt động logic điều khiển chuổi sự kiện

- PLC có đầy đủ chức năng và tính toán như vi xử lý Ngoài ra, PLC cótích hợp thêm một số hàm chuyên dùng như bộ điều khiển PID, dịch chuyểnkhối dữ liệu, khối truyền thông,…

- PLC có những ưu, nhược điểm:

 Ưu điểm:

+ Có kích thước nhỏ, được thiết kế và tăng bền để chịu được rung động,nhiệt, ẩm và tiếng ồn, đáng tin cậy

+ Rẻ tiền đối với các ứng dụng điều khiển cho hệ thống phức tạp

+ Dễ dàng và nhanh chống thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển

+ PLC có các chức năng kiểm tra lỗi, chẩn đoán lỗi

Chương 2 Tổng quan về bộ điều khiển PLC S7-200

+ Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém

 Nhược điểm:

Do chưa tiêu chuẩn hoá nên mỗi công ty sản xuất ra PLC đều đưa ra các ngôn ngữ lập trình khác nhau, dẫn đến thiếu tính thống nhất toàn cục về hợp thức hoá Trong các mạch điều khiển với quy mô nhỏ, giá của một bộ PLC đắt hơn khi sử dụng bằng phương pháp rơle

 Cấu trúc bên trong của PLC

Hình 2.1 cấu trúc bên trong của PLC

Một hệ thống lập trình cơ bản phải gồm có 2 phần: Khối xử lý trung tâm(CPU: Central Processing Unit) và hệ thống giao tiếp vào/ra ( I/O)

 Cách đấu nối ngõ vào ra PLC:

Hình 2.2 cách đấu nối ngõ ra PLC

 Cổng truyền thông:

Chân 1: nối đất

Chân 2: nối nguồn 24VDC

Chân 3: truyền và nhận dữ liệu

Chân 4: không sửdụng

Chân 5: đất

Chân 6: nối nguồn 5VDC

Chân 7: nối nguồn 24VDC

Chân 8: Truyền và nhận dữliệu

Chân 9: không sử dụng

Chương 2 Tổng quan về bộ điều khiển PLC S7-200

Hình 2.3 các chân của cổng truyền thông 2.2 Cấu trúc phần cứng.

Cấu trúc phần cứng của 1 PLC gồm có các các phần như sau:

- Module quản lý phối ghép vào ra

2.4.sơ đồ khối của PLC

a Ghép nối PLC và máy tính

Để ghép nối PLC với máy tính ta Sử dụng cáp PC/PPI để chuyển đổi giữa RS232 và RS485

Hình 2.5 ghép nối PLC và máy tính

Chương 3 Giới thiệu về các thiết bị dùng trong mô hình

Do băng tải làm dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong mô hình đồ án em chọn loại băng tải dây đai để mô phỏng cho hệ thống dây chuyền trong nhà máy với những lý do sau:

- Tải trọng băng tải không quá lớn

- Kết cấu cơ khí không quá phức tạp

- Dễ dàng thiết kế chế tạo

- Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải

Tuy nhiên loại băng tải này cũng có 1 vài nhược điểm như độ chính xác khi vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định do nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trường ảnh hưởng tới con lăn, độ ma sát của dây đai giảm qua thời gian

Hình 3.1 băng tải dây đai 3.2 Động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc

Hình 3.2 Động cơ không đồng bộ 3 pha lồng sóc

Chương 3 Giới thiệu về các thiết bị dung trong mô hình

3.3.3 Lựa chọn cảm biến

Lựa chọn điện áp cấp cho cảm biến phải phù hợp với điện áp của mạch điều khiển Do mạch điều khiển kết nối với bộ điều khiển PLC nên điện áp của cảm biến là 24 VDC

Hình 3.3 Cảm biến E3Z của Omoron

 Đặc tính kỹ thuật của sensor E3F-DS10C4 :

+ Điện áp: 12 – 24VDC

+ Độ nhạy có thể chỉnh được

+ Nhỏ gọn, thích hợp cho tất cả các vị trí lắp đặt

+ Tốc độ đáp ứng: 1ms ( max)

+ Chế độ hoạt động Ligh-On/Dark-On bằng switch

+ Hoạt động trong môi trường khắc nghiệt

+ khoảng cách phát hiện: 5m

3.4 Piston xylanh

3.4.1 Giới thiệu chung

Gồm có piston xylanh thủy lực và khí nén, thực chất đây là một loại động

cơ thủy lực (khí nén) dùng để biến đổi thế năng của dầu (khí nén) thành cơ năng,thực hiện chuyển động thẳng hoặc chuyển động vòng không liên tục pistonxylanh được dùng rất phổ biến trên các thiết bị có cơ cấu chấp hành chuyểnđộng thẳng đi về xylanh thủy lực có kết cấu đơn giản, nhưng có khả năng thựchiện một công suất lớn, làm việc ổn định và giải quyết vấn đề chắn khít tươngđối đơn giản So với hệ thống thủy lực, hệ thống khí nén có công suất nhỏ hơnnhưng có nhiều ưu điểm hơn như:

Có khả năng truyền năng lượng đi xa, bởi vì độ nhớt động học của khí nénnhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn nhỏ

Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, nên có thể trích chứakhí nén rất thuận lợi

Không khí dùng để nén, hầu như có số lượng không giới hạn và có thể thải

ra ngược trở lại bầu khí quyển

Hệ thống khí nén sạch sẽ, dù cho có sự rò rỉ không khí nén ở hệ thống ốngdẫn, do đó không tồn tại mối đe dọa bị nhiễm bẩn

Chi phí nhỏ để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì phầnlớn trong các xí nghiệp, nhà máy đã có sẵn đường dẫn khí nén

Chương 3 Giới thiệu về các thiết bị dung trong mô hình

Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được đảm bảo, nên tính nguyhiểm của quá trình sử dụng hệ thống truyền động bằng khí nén thấp

Các van khí nén phù hợp một cách lý tưởng đối với các chức năng vận hànhlogic, và do đó được sử dụng để điều khiển trình tự phức tạp và các máy mócphức hợp

3.5.2 Nguyên lý làm việc

Hình 3.5 cấu trúc của rơ le trung gian

Nếu cuộn dây của rơ le trung gian được cấp điện thì trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường Dẫn đến sinh ra từ thông trong lõi thép, và sinh ra lực điện từ ,lực điện từ sẽ thắng kéo của lò xo, làm cho nắp từ bị kéo xuống và tiếp điểm đóng lại

 Các thông số kỹ thuật của rơ le trung gian :

- Dòng điện làm việc của rơ le trung gian: Ilv ≥ (1,2 ÷ 1,5)Itt

- Điện áp làm việc của rơ le trung gian là mực điện áp mà rơ le có khả năng đóng cắt: Ulv ≥ Ulưới= 380V

- Điện áp định mức cấp cho cuộn hút của rơ le là mức điện áp mà khi đó rơ le sẽhoạt động Điện áp này phải phù hợp với bộ điều khiển PLC nên điện áp cuộn hút Uh là 24V DC

3.5.3 Lựa chọn rơ le trung gian

Trong mô hình hệ thống phân loại sản phẩm em sử dụng rơ le trung gian MY2N của OMRON

Các thông số của MY2N :

+ Điện áp cuộn dây: 24 VDC có LED báo hiển thị

+ Thông số của tiếp điểm: 5A - 24 VDC

Chương 3 Giới thiệu về các thiết bị dung trong mô hình

Hình 3.6 Rơ le MY2N của OMRON 3.6 NÚT ẤN

3.5.1 Khái niệm

Nút ấn còn gọi là nút điều khiển là 1 loại khí cụ điện điều khiển bằng tay, dùng để điều khiển từ xa các khí cụ điện đóng cắt bằng điện từ, điện xoay chiều,điện 1 chiều hạ áp, các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ …

Nút ấn thường dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay các động cơđiện bằng cách đóng cắt các cuộn dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi độngtừ

3.5.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thườngđóng và vỏ bảo vệ khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái vàkhi không còn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu Nút ấn thườngđặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn các loại nút ấn thông dụng

có dòng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọ điện đến200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1000000 đóng cắt nút ấn màu đỏ thườngdùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy

Hình 3.7 các loại nút ấn start, stop

Trên hình là một số loại nút ấn có trên thị trường và được dùng trong mô hình phân loại sản phẩm

Chương 3 Giới thiệu về các thiết bị dung trong mô hình

+ Điều khiển PID: có

+ Phần mềm: Step7 Micro / Win

+ Thời gian xử lí 1024 lệnh nhị phân: 0,37ms

+ Bit memory / Counter / Timer: 256 /256 /256

3.9 bộ đếm sản phẩm

Đếm số sản phẩm đạt tiêu chuẩn trong mỗi ca làm việc

- Chọn bộ đếm H73T hiển thị được tối đa 8 số loại không cấp nguồn (dùng pin), ngõ vào đếm tần số 30Hz

- Có thể Reset bằng nút ngoài hoặc tiếp điểm

Hình 3.10 Bộ đếm H73T

Chương 4 Thiết kế xây dựng mô hình

- Dùng máy biến áp thực hiện hạ áp và cách ly

- Dùng cầu chỉnh lưu thực hiện chỉnh lưu

- Dùng tụ điện (tụ hóa) có điện dung lớn thực hiện mạch lọc 4.1.2 Khối cảm biến

Hình 4.2 khối thu phát của cảm biến quang điện

- Nguồn cấp cho cảm biến là 24VDC, đầu ra của cảm biến được nối với ngõ vào của PLC

- Khi không có vật chắn giữa phần thu và phát thì đầu ra ở mức cao (mức 1)

Khi có vật chắn thì đầu ra ở mức thấp (mức 0)

4.1.3 Sơ đồ đấu nối của bộ đếm

Hình 4.3 sơ đồ đấu nối bộ đếm sản phẩm

Đầu vào của H73T được kết nối với đầu ra của PLC thông qua rơ le trung gian Khi rơ le trung gian có điện nó sẽ đóng tiếp điểm ở cổng vào của H73T và

bộ đếm đếm lên 1

4.1.4 Sơ đồ đấu nối PLC

a bảng địa chỉ

Chương 4 Thiết kế xây dựng mô hình

Bảng 4.1 Bảng định địa chỉ

ON I0.0 Bật hệ thống

OFF I0.1 Dừng hệ thống

C I0.2 Đầu ra cảm biến phát hiện sản phẩm có kích thước cao

T I0.3 Đầu ra cảm biến phát hiện sản phẩm có kích thước thấp

TB I0.4 Đầu ra cảm biến phát hiện sản phẩm có kích thước trung bìnhRUN Q0.0 Đèn báo trạng thái hệ thống

K Q0.1 Cuộn hút contacto để cấp điện cho động cơ kéo băng tải

V1 Q0.2 Cấp điện cho rơ le đóng tiếp điểm cấp điện cho van điện từ

hoạt độngV2 Q0.3 Cấp điện cho rơ le đóng tiếp điểm cấp điện cho van điện từ

hoạt độngCT1 Q0.4 Cấp điện cho rơ le đóng tiếp điểm đếm sp có kích thước caoCT2 Q0.5 Cấp điện cho rơ le đóng tiếp điểm đếm sp có kích thước trung

bìnhCT3 Q0.6 Cấp điện cho rơ le đóng tiếp điểm đếm sản phẩm thấp

b Sơ đồ kết nối

Hình 4.4 sơ đồ kết nối PLC

4.1.5 Sơ đồ kết nối van điện từ với xy lanh

Hình 4.5 kết nối van điện từ với xy lanh

4.1.6 Mô hình phân loại và đếm sản phẩm

4.6 mô hình phân loại và đếm sản phẩm

Chương 4 Thiết kế xây dựng mô hình

V1 tác độngCT1 đếmSản phẩm cao

CT3 đếm sảnphẩm thấp