TIỂU LUẬN THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

BÀI TIỂU LUẬNTHIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓAKỳ thi học kỳ 2 đợt B năm học 2020 2021Giảng viên hướng dẫn: TS. Lê Quang ĐứcHệ thống thủy lực khí nén gồm các thành phần và chức năng của chúng như sau: Bộ cấp nguồn dầu: với chức năng cung cấp năng lượng của dòng chất lỏng cho công tác vận hành. Thiết bị tạo năng lượng cho dòng chất lỏng là bơm cùng với động cơ điện xoay chiều ba pha. Đồng thời van an toàn có chức năng ổn định áp suất hoạt động của hệ thống, khi áp suất của hệ thống đột ngột tăng thì dòng chất lỏng sẽ được xả ra qua van an toàn về bể chứa để hạ áp suất của hệ thống về mức đã đặt ban đầu.

pg 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH

BÀI TIỂU LUẬN THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

Kỳ thi học kỳ 2 đợt B năm học 2020 -2021

Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Quang Đức

Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp:

Trần Hoàng Hiệp 1811050195 18DTDA1

Nguyễn Tuấn Kiệt 1811050239 18DTDA1

Trương Khoa Nguyên 1811050059 18DTDA1

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Khoa/Viện: Viện kỹ thuật Hutech

TP.HCM, năm 2021

pg 2

Mục lục

Chương 1 : Mạch thủy lực 3

1.1 Mô tả hệ thống và các thành phần của mạch thủy lực 3

1.1.1 Hoạt động của hệ thống thủy lực 4

1.2 Thiết kế phần cứng điện - điều khiển 4

1.2.1 Thiết kế mạch động lực 4

Bảng chọn thiết bị thủy lực 5

1.2.2 Thiết kế phần điều khiển 6

1.3 Xây dựng trình tự logic hoạt động 9

1.4 Chương trình điều khiển PLC 11

1.5 Mô phỏng 12

Mô phỏng mạch điều khiển solenoid xi lanh 12

Chương 2: Mạch Relay -PLC 13

2.1 Mô tả hệ thống băng chuyền 13

2.2 Nguyên Lý hoạt động 13

2.3 Thiết kế phần cứng điện - điều khiển 17

2.3.1 Thiết kế mạch động lực 17

Bảng chọn thiết bị hệ thống băng tải 17

2.3.2 Thiết kế phần điều khiển 18

Bảng chọn thiết bị PLC, các nút nhấn, cảm biến 19

2.4 Xây dựng trình tự hoạt động 20

Chương 3: Băng chuyền đóng gói chai 28

3.1 Mô tả hệ thống băng chuyền 28

3.2 Nguyên lý hoạt động 29

3.3 Thiết kế phần cứng điện – điều khiển 30

3.3.1 Thiết kế mạch động lực 30

Bảng chọn thiết bị động lực hệ thống đóng gói 31

3.3.2 Thiết kế phần điều khiển 31

Bảng chọn thiết bị PLC, các nút nhấn, cảm biến 33

3.3.3 Xây dựng trình tự hoạt động 34

➢ 1.1: van đảo chiều từ 4/3

Hệ thống thủy lực khí nén gồm các thành phần và chức năng của chúng như sau:

Bộ cấp nguồn dầu: với chức năng cung cấp năng lượng của dòng chất lỏng cho công tác vận hành Thiết bị tạo năng lượng cho dòng chất lỏng là bơm cùng với động cơ điện xoay chiều ba pha Đồng thời van an toàn có chức năng ổn định áp suất hoạt động của hệ thống, khi áp suất của hệ thống đột ngột tăng thì dòng chất lỏng sẽ được xả ra qua van an toàn về bể chứa để hạ áp suất của hệ thống về mức đã đặt ban đầu

pg 4

Van đảo chiều: Van thuộc loại 4/3 và được điều khiển bằng điện xoay chiều (điện áp 220V) Chức năng của van này là phân phối dòng chất lỏng để các khoang làm việc của xy lanh

Cơ cấu chấp hành: cơ cấu chấp hành là xy lanh Có chức năng nhận năng lượng của dòng chất lỏng công tác, rồi chuyển năng lượng đó thành động năng chuyển động (tịnh tiến)

Van tràn: Để đảm bảo áp suất đầu ra của máy bơm không đổi

Van một chiều: Có chức năng cho dòng chất lỏng đi theo một chiều duy nhất, ngăn cản dòng chảy ngược hay rò rỉ về bơm

Van giảm áp: Tác dụng giảm áp và điều chỉnh áp suất của đầu ra sao cho bằng hoặc nhỏ hơn áp suất đầu vào hoặc theo giá trị cài đặt sẵn

Các thiết bị đường ống và hiển thị: Các ống dùng để dẫn chất lỏng đồng thời kết nối các thiết bị để tạo thành một hệ thống hoàn chỉnh và hoạt động được Thiết bị hiển thị là đồng hồ đo áp suất, có chức năng hiển thị trị số áp suất của dòng chất lỏng tại những vị trí mà ta cần biết để có thể điều chỉnh kịp thời

1.1.1 Hoạt động của hệ thống thủy lực

Khi cấp điện cho động cơ điện làm cho động cơ hoạt động, bơm bắt đầu bơm chất lỏng

Khi xy lanh chưa làm việc, đồng nghĩa với việc van dảo chiều 4/3 điều khiển chúng đang ở vị trí trung gian, chất lỏng sẽ được hồi về bộ nguồn cấp dầu Khi có tín hiệu điều khiển van đảo chiều 4/3 là việc ở chế độ Y1 (bên trái), chất lỏng sẽ đi vào đầu A của xy lanh, đẩy piston ép xuống Khi đi hết hành trình, chày bắt đầu ép đến một áp suất đã đặt

Khi có tín hiệu điều khiển van đảo chiều 4/3 là việc ở chế độ Y2 (bên phải), chất lỏng đi vào đầu B của xy lanh và lượng chất lỏng ở đầu A của xy lanh được

xả trở về bộ ngồn cấp dầu, làm cho xy lanh dần trở về trạng thái ban đầu

1.2 Thiết kế phần cứng điện - điều khiển

1.2.1 Thiết kế mạch động lực

Giá tham khảo

1 Xi lanh Hydraulics &

1 1.345.000đ

3 Động cơ

điện ABB M2AA-1132M

P=11KW n=1450 (vg/phút) Iđm = 14.8 A Uđm = 400V

1 contactor Shihlin S-P 21A Idm = 21A 1 600.000đ

1.2.2 Thiết kế phần điều khiển

1.2.2.1 Xác định các thao tác

Thao tác tự vận hành: Nút nhấn Start, Nút nhấn UP, Nút nhấn DOWN

Thao tác bảo vệ: Nút nhấn STOP

Số lượ

ng

Giá tham khảo

1 PLC FX3U Mitsubishi FX3U-16MR/DS

pg 9

7 Limit Switch Autonics PRDT18-7DO-V

Vị trí: 7mm Tiếp điểm:NO U=12-24VDC

1 Piston P1 ép xuống Đóng relay R1 Output Y0

2 Piston P2 kéo lên Đóng relay R2 Output Y1

Các trạng thái:

Tính các biến trạng thái từ các trạng thái

Y0 = S1, Y1 = S2

Các biến cố:

3 Cảm biến hành trình Dừng piston khi đi hết hành Input X2

S

T

T

Tên trạng thái

chỉ Y0 Y1

Biến đệm lập trình trong vòng lập

pg 10

B1

B2

B3 B4

Khóa chéo

1.4 Chương trình điều khiển PLC

Hình 1.4 Chương trình điều khiển PLC

pg 12

1.5 Mô phỏng

Mô phỏng mạch khởi động động cơ

Hình 1.5a Mạch mô phỏng điều khiển động cơ

Mô phỏng mạch điều khiển solenoid xi lanh

Hình 1.5b Mạch mô phỏng điều khiển solenoid

pg 13

Chương 2: Mạch Relay -PLC

2.1 Mô tả hệ thống băng chuyền

Băng tải 1 và 2 di chuyển các vật liệu vào các silos, cần gạt 1, 2 sẽ phân chia các vật liệu trên băng tải 2 Khi cần gạt D1 down → vật liệu sẽ rớt xuống silo 1 và ngược lại cần gạt D1 up và cần gạt D2 down → vật liệu sẽ rớt xuống silo 2 Khi cả 2 silo đều đầy → cảm biến tiềm cận gắn trên thành 2 silos sẽ nhận biết → dừng băng tải 1,2 Sau khi hoàn thiện sản phẩm sẽ được đưa đến máy đóng gói bằng băng tải 3, 4, 5

pg 14

động Động cơ 1 chạy kéo băng tải 1 ( điều kiện để băng tải 1 hoạt động là khi

cả 2 bồn 1 và 2 chưa có hoặc đã hết sản phẩm do tiếp điểm thường đóng cảm biến dung lượng 2C)

Tương tự như vậy nhấn Switch ON2 để khởi động băng tải 2, dòng điện đi

từ tiếp điểm M1, qua nút dừng PANEL OFF 2, qua tiếp điểm thường đóng A5 của contactor A, qua tiếp điểm thường hở C1 và qua tiếp điểm phụ của over load relay 2 Cuộn C2 có điện làm tiếp điểm phụ thường hở của C2 đổi trạng thái tiếp tục cấp điện cho contactor C2 hoạt động Động cơ 2 chạy kéo băng tải 2 ( điều kiện để băng tải 2 hoạt động là khi cả 2 bồn 1 và 2 chưa có hoặc đã hết sản phẩm do tiếp điểm thường đóng cảm biến dung lượng 2C)

Khi bồn đầy, tiếp điểm phụ thường đóng đấu nối tiếp với C1 C2 hở ra dừng băng tải 1 và 2 Tiếp điểm phụ thường hở của cảm biến bên C3 đóng lại Lúc này băng tải 3 sẵn sàng chờ lệnh ON3

Nhấn Switch ON3 để khởi động băng tải 3, dòng điện đi từ tiếp điểm M1, qua nút dừng PANEL OFF 3, qua tiếp điểm thường đóng A6 của contactor A, qua tiếp điểm phụ thường đóng của C2 và qua tiếp điểm phụ của over load relay

3 Cuộn C3 có điện làm tiếp điểm phụ thường hở của C3 đổi trạng thái tiếp tục cấp điện cho contactor C3 hoạt động

Nhấn Switch ON4 để khởi động băng tải 4, dòng điện đi từ tiếp điểm M1, qua nút dừng PANEL OFF 4, qua tiếp điểm thường đóng A7 của contactor A, qua tiếp điểm phụ thường hở của C3 và qua tiếp điểm phụ của over load relay 4 Cuộn C4 có điện làm tiếp điểm phụ thường hở của C4 đổi trạng thái tiếp tục cấp điện cho contactor C4 hoạt động

Nhấn Switch ON5 để khởi động băng tải 5, dòng điện đi từ tiếp điểm M1, qua nút dừng PANEL OFF 5, qua tiếp điểm thường đóng A8 của contactor A, qua tiếp điểm phụ thường hở của C4 và qua tiếp điểm phụ của over load relay 5 Cuộn C5 có điện làm tiếp điểm phụ thường hở của C5 đổi trạng thái tiếp tục cấp điện cho contactor C5 hoạt động

Muốn dừng băng tải thì nhấn các Switch PANEL OFF ở các băng tải

(b) Chế độ vận hành tự động

pg 15

Dòng điện qua AUTO STOP, tiếp điểm phụ thường đóng của 5 over load relay rồi đến cuộn A, tiếp điểm thường hở A1 đóng lại tiếp tục cấp điện cho cuộn A, tiếp điểm thường hở A3 đóng lại cấp điện điều khiển tự động

Start cycle với AUTO ON kích sung cho cuộn T, tiếp điểm thường hở T1 đóng lại tiếp tục cấp điện cho tiếp điểm chính của relay thời gian T Tiếp điểm thường đóng T2 đếm 60s cấp điện cho còi báo ( hooter) sắp khởi động băng tải

Sau 60s tiếp điểm phụ thường hở T3 của relay thời gian đóng lại, dòng điện

đi từ A3, qua T3, qua thường đóng CT4 của cam timer CT cấp điện cho tiếp điểm chính CT

Khi CT có điện thời gian quay trục CT sẽ đóng các tiếp điểm thường hở CT1, CT2, CT3, CT4, CT5 để khởi động tuần tự động cơ băng tải

Khởi động băng tải 1: Dòng điện đi từ A3 đến CT1, qua tiếp điểm thường

đóng của cảm biến 2C ( bồn chứa) qua tiếp điểm bảo vệ của OL1, lúc này tiếp điểm phụ thường hở C1 đóng lại tiếp tục cấp điện cho contactor C1, đèn D1 sáng, băng tải 1 hoạt động

Khởi động băng tải 2: CT2 đóng thep thời gian cài đặt sẵn, dòng điện đi

qua CT2, qua tiếp điểm thường đóng của cảm biến khi bồn chưa đầy, qua tiếp điểm phụ thường hở C1 ( do băng tải 1 hoạt động), qua tiếp điểm phụ của OL2 đến cuộn C2 của contactor C2, dòng qua tiếp điểm thường đóng M3, tiếp điểm phụ thường hở C2 đóng tiếp tục cấp điện cho contactor C2 hoạt động Băng tải 2 hoạt động, đèn D2 sáng

Khởi động băng tải 3: Khi bồn 1 và 2 đầy cảm biến nhận tín hiệu đóng

tiếp điểm thưởng hở cảm biến bên cuộn C3, hở các tiếp điểm thường đóng bên cuộn C1 và C2 để dừng băng tải 1 và 2.Dòng điện qua A3, qua CT3, qua thường

hở cảm biến 2C, qua thường đóng C2, qua tiếp điểm phụ OL3 cấp đến cotactor C3 Lúc này tiếp điểm giữ thường hở C3 đóng lại tiếp tục cấp điện cho cuộn C3 hoạt động, đèn D3 sáng, băng tải 3 hoạt động

pg 16

Khởi động băng tải 4: Sau khi băng tải 3 hoạt động sau một thời gian cài

đặt ở tiếp điểm phụ thường đóng mở chậm C3 ( trong automation studio cài đặt mặc định 5000ms cho nhanh) 5s sau tiếp điểm C3 đóng lại, dòng điện đi từ A3, qua thường hở CT5, qua tiếp điểm thường hở cảm biến 2C, qua tiếp điểm phụ thường hở C3, qua tiếp điển phụ OL4, đến contactor điều khiển động cơ kéo băng tải C4, đèn D4 hoạt động, tiếp điểm thường hở C3 đóng điện tiếp tụ cấp nguồn cho cuộn C4

Khởi động băng tải C5: Sau khi băng tải 4 hoạt động sau một thời gian cài

đặt ở tiếp điểm phụ thường đóng mở chậm C4 ( trong automation studio cài đặt mặc định 5000ms cho nhanh) 5s sau tiếp điểm C4 đóng lại, dòng điện đi từ A3, qua thưởng hở CT6, qua tiếp điểm thường hở cảm biến 2C, qua tiếp điểm phụ thường hở C3, qua tiếp điển phụ OL5, đến contactor điều khiển động cơ kéo băng tải C4, đèn D4 hoạt động, tiếp điểm thường hở C4 đóng điện tiếp tụ cấp nguồn cho cuộn C5

Khi 2 bồn cạn cảm biến 2C ngắt tại contactor C3, dừng băng tải 3, 5s sau dừng băng tải 4, 5s sau dừng băng tải 5 theo tuần tự với mục đích để sản phẩm

đi ra hết khỏi băng tải Cán tiếp điểm thường đóng ở băng tải 1 và 2 đóng lại cho contactor C1 và C2 điều khiển động cơ kéo băng tải 1 và 2 tiếp túc đưa sản phẩm vào bồn chứa

Stop: Bấm Switch AUTO STOP lúc này cuộn A không được cấp điện làm

hở tiếp điểm A3, động cơ 1 và 2 dừng, động cơ 3; 4 và 5 dừng tuần tự theo thời gian cài đặt 5 giây mỗi cái

Số lượn

g

Giá tham khảo

1 Motor HOULE 5IK180R-2CF-GU-G

pg 18

2.3.2 Thiết kế phần điều khiển

Xác định các thao tác

Thao tác tự vận hành: Nút nhấn Start, Nút nhấn MANUAL, Nút nhấn AUTO

Thao tác bảo vệ: Nút nhấn STOP

Số lượ

ng

Giá tham khảo

1 PLC FX5U Mitsubishi FX3U-16MR/DS Nguồn: 24VDC

8 input 1 3.264.000đ

Y6 (Còi) Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Biến đệm

pg 23

Y8 (A)

Y

6 (C òi)

R6+ R7+ R8.( T5 On 5s)

16

R8-R9-R3

Chạy băng tải 1; 4 và 5;

dừng băng tải 3

(R7+ R8).(

R8+R7.(T14 Off 5s)

18 RA10-

R11

Dừng băng tải 3; 4 và 5

TD1

R8.(T15 Off 5s)

19 R12 Dừng toàn

bộ TD12 M22 0 0 0 0 0 0 0 R12

pg 26

Bước 5:

Lập trình:

pg 27

pg 28

Hình 2.4 Lập trình PLC

Mô phỏng:

Chương 3: Băng chuyền đóng gói chai

3.1 Mô tả hệ thống băng chuyền

Một trạm đóng gói chai có thể chấp nhận các chai từ ba dây chuyền đóng chai khác nhau (M₁-M3) chuyên đóng các sản phẩm khác nhau, như thể hiện trong hình dưới đây Trạm đóng gói các chai mỗi lần chỉ từ một dây chuyền đóng chai và chúng được chuyển tiếp về phía đó qua băng chuyền trung tâm M₁ Băng tải M₁ - M3 của dây chuyền đóng chai hoạt động liên tục và chuyển chai bất kể chúng đã được đóng gói hay chưa Sự chuyển động của các chai không được đóng gói bị chặn khỏi các thanh chắn di động tương ứng, vị trí mở của chúng được phát hiện thông qua các công tắc hành trình b₁ - b3 và gây ra bởi sự kích hoạt của solenoids So1 - So3

pg 29

Hình 3.1 Hệ thống đóng gói chai 3.2 Nguyên lý hoạt động

Khu vực đóng gói các chai mỗi lần chỉ từ một dây chuyền đóng chai và

chúng được chuyển tiếp về phía đó qua băng chuyền trung tâm M0 Băng tải

M₁ - M3 của dây chuyền đóng chai hoạt động liên tục và chuyển chai bất kể

chúng đã được đóng gói hay chưa Sự chuyển động của các chai không được

đóng gói bị chặn khỏi các thanh chắn di động tương ứng, vị trí mở của chúng

được phát hiện thông qua các công tắc hành trình b₁ - b3 và gây ra bởi sự

kích hoạt của solenoids So1 - So3

Để tránh xảy ra sai sót trong quy trình đóng gói với các sản phẩm cùng

loại trên cùng một thùng, băng tải M0 vận hành tự động (không có lệnh

START-STOP) nếu chỉ mở một thanh chắn Nếu vì bất kỳ lý do gì, hai hoặc

ba thanh chắn được mở ra cùng một lúc, băng tải Mo phải được dừng ngay

lập tức và kích hoạt chỉ báo tương đối H (nghĩa là đóng gói sai) Trong

trường hợp như vậy, việc tiếp tục quy trình đóng gói đạt được nhờ sự can

thiệp của người vận hành, thao tác này sẽ loại bỏ các chai sai và sẽ đóng rào

cản gây ra sự cố theo cách thủ công

Khi đủ 12 chai, thì băng tải M4 phải được bật trong 4s để thùng đầy

được lấy ra và đặt một thùng rỗng mới từ một máy khác, hoạt động của

thùng này không được quan tâm chúng ta Trong khoảng thời gian 4s, Mo

pg 30

của băng tải dừng lại Quá trình đóng gói bắt đầu bằng việc đóng công tắc

RS0-1 Việc mở hộp thứ hai chỉ làm gián đoạn hoạt động nếu đơn hàng đóng gói hiện tại đã được hoàn thành

3.3 Thiết kế phần cứng điện – điều khiển

3.3.1 Thiết kế mạch động lực

Hình 3.3.1 Mạch động lực

Các thành phần của máy: động cơ, điện trở nhiệt

Hoạt động của máy: Máy hoạt động theo ba trạng thái Start/Stop, làm nóng sơ

bộ và hoạt động

➢ Khi khởi động ta nhấn START/STOP thì kích hoạt và thông báo

“Preheating Wait” và đầu ra của điện trở làm nóng

pg 31

➢ Khi nhấn START/STOP một lần nữa động cơ sẽ hoạy động với điều kiện thời gian làm nóng sơ bộ trước 3 phút đã trôi qua Động cơ được cung cấp năng lượng và các điện trở được khử năng lượng

Số lượn

g

Giá tham khảo

1 Motor HOULE 5IK180R-2CF-GU-G

3.3.2 Thiết kế phần điều khiển

Thao tác tự vận hành: Nút nhấn START, Nút nhấn RESET

Thao tác bảo vệ: nút nhấn STOP

Xác định input – output