(TIỂU LUẬN) kỹ thuật điều khiển và tự động hóa xây DỰNG CHƯƠNG TRÌNH điều KHIỂN, GIÁM sát

Trong một số ngànhcông nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sảnphẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồngthời dùng đ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI

1.1 Khái niệm chung về băng tải

1.2 Cấu trúc của băng tải

1.3 Nguyên lý hoạt động của băng tải

1.4 Các ứng dụng của băng tải trong thực tế

1.4.1 Băng tải xích 7

1.4.2 Băng tải con lăn 9

1.4.3 Băng tải cao su 9

1.4.4 Băng tải xoắn ốc 10

1.4.5 Băng tải đứng 11

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

2.1 Phân tích hoạt động của hệ thống

2.1.1 Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống 12

2.1.2 Phương án thiết kế 12

2.2 Các thiết bị cho mô hình phân loại sản phẩm

2.2.1 Aptomat 1P 10A 13

2.2.2 Rơle trung gian 14

2.2.3 Động cơ điện 1 chiều 14

2.2.4 Nút ấn 15

2.2.5 Van khí nén 5/2 15

2.2.6 Xylanh khí nén MAL 25*75 15

2.2.7 Cảm biến DS30C4 16

2.2.8 Cảm biến khoảng cách hồng ngoại 16

2.2.9 Bộ chuyển đổi nguồn điện 16

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT 17 3.1 Yêu cầu công nghệ

3.3 Lưu đồ thuật toán

3.4 Lựa chọn thiết bị điều khiển

3.5 Thiết kế mạch điện đấu nối

3.6 Xây dựng chương trình điều khiển

3.7 Xây dựng giao diện giám sát và điều khiển

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

Phụ lục 1 : Thiết kế sơ đồ điện mạch lực và mạch điều khiển

Phụ lục 2: Chương trình điều khiển

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cơ cấu bang tải

Hình 1.2 Băng tải xích

Hình 1.3 Băng tải con lăn

Hình 1.4 Băng tải cao su

Hình 1.5 Băng tải xoắn ốc

Hình 1.6 Băng tải đứng

Hình 2.1 Hệ thống phân loại sản phẩm

Hình 2.2 Aptomat 1 pha

Hình 2.3 Rơle trung gian

Hình 2.4 Động cơ 1 chiều

Hình 2.5 Nút nhấn

Hình 2.6 Van khí nén

Hình 2.7 Xylanh khí nén

Hình 2.8 Cảm biến DS30C4

Hình 2.9 Cảm biến khoảng cách hồng ngoại

Hình 2.10 Bộ chuyển đổi nguồn điện

Hình 3.1 Module PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RL

Hình 3.2 Cảm biến TCS3200 TCS 230V

Hình 3.3 Arudino r3

Hình 3.4 Ghép nối thiết bị

Hình 3.5 Giao diện mô phỏng

Hình 3.6 Mô hình thực tế

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Bảng khai báo đầu vào

Bảng 3.2 Bảng khai báo đầu ra

Bảng 3.3 Gắn tag thuộc tính trong HMI

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay đất nước ta đang không ngừng phát triển công nghiệp hóa, hiện đạihóa Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp nói chung, ngành cơ điện nóiriêng thì ngành tự động hóa đang phát triển rất nhanh và chiếm vị trí rất quan trọngtrong tổng thể nền công nghiệp của cả nước

Là một sinh viên thuộc chuyên ngành “Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa” của trường Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội em luôn cảm thấy tự hào và may mắn

khi được học tập, thực hành dưới sự chỉ bảo, hướng dẫn tận tình của các giảng viên,

cán bộ bộ môn Tự Động Hóa và đặc biệt là sự hướng dẫn trực tiếp của TS Đặng Văn Chí.

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của bộ môn cũng như giáo viên hướngdẫn đã tạo điều kiện cơ sở vật chất cũng như cung cấp tài liệu để chúng em có thểhoàn thành quá trình thực tập sản xuất cũng như thực tập tốt nghiệp trong thời gianvừa qua

Trong quá trình thực tập tại phòng thí nghiệm Tự động hóa do thời gian thu thập

dữ liệu chưa thực sự hiệu quả nên em còn nhiều thiếu sót cũng như chưa nghiên cứuđược hết những thiết bị hiện có Do vậy, em kính mong các thầy cô thông cảm vàgiúp đỡ em nhiều hơn trong thời gian tới để em học hỏi được nhiều hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BĂNG TẢI 1.1 Khái niệm chung về băng tải

Băng tải là thiết bị chuyên dụng trong công nghiệp, được cấu tạo từ hệ thốngmáy hoặc cơ có khả năng di chuyển một vật nặng hay một khối lớn nguyên vật liệu

từ điểm này tới điểm khác cách đó một khoảng cách vật lý nhất định

Băng tải thường dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theophương ngang và phương nghiêng Trong dây chuyền sản xuất, các thiết bị nàyđược sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trongcác xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên cáctrạm thủy điện thì dùng vận chuyển nguyên nhiên liệu trên các kho bãi thì dùng vậnchuyển các bưu kiện, vật liệu hạt hoặc một số sản phẩm khác Trong một số ngànhcông nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sảnphẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồngthời dùng đẻ loại bỏ sản phẩm không dùng được

1.2 Cấu trúc của băng tải

Cấu trúc của băng tải bao gồm các phần chính: khung băng tải, hệ thốngcác con lăn với băng tải con lăn hay dây chuyền, truyền động đai, động cơ dẫnđộng, hệ thống điền khiển tốc độ, cơ cấu căng băng

Hình 1.1 Cơ cấu bang tải

1- Cơ cấu căng băng; 2- tang bị dẫn; 3- băng tải; 4- cụm con lăn trên; 5- cụm conlăm dưới; 6- tang dẫn động; 7- khớp nối; 8-hộp giảm tốc; 9- bộ truyền đai; 10-độngcơ; 11- khung đỡ băng tải.

1.3 Nguyên lý hoạt động của băng tải

Khi động cơ bật, rulô quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờ lực ma sátgiữa rulô và dây băng băng tải Để tạo ra lực ma sát giữa rulô và dây băng tải khidây băng tải gầu bị trùng thì ta điều chỉnh rulô bị động để dây băng tải căng ra tạolực ma sát giữa dây băng tải và rulô chủ động lực ma sát giữa dây băng tải và Rulô

sẽ làm cho băng tải chuyển động tịnh tiến Khi các vật liệu rơi xuống trên bề mặtdây băng tải, nó sẽ được di chuyển nhờ vào chuyển động của băng tải Để tránhbăng tải bị võng, người ta dùng các con lăn đặt ở phía dưới bề mặt băng tải, điềunày cũng làm giảm đi lực ma sát trên đường đi của băng tải Băng tải cao su đượcbao bọc bởi chất liệu cao su chất lượng cao, bên trong làm bằng chất liệu polyester,một loại sợi tổng hợp và sợi poliamit, có đặc tính rất bền, chịu được nước, chịuđược thời tiết ẩm, dây băng tải đòi hỏi phải bền, chắc, chịu mài mòn và ma sát cao.Một yếu tố rất quan trọng là hệ số giãn dây băng tải phải rất thấp, vận chuyển đượcnhiều, có thể chuyển được vật liệu ở khoảng cách vừa và xa với tốc độ cao

1.4 Các ứng dụng của băng tải trong thực tế

Mỗi loại băng tải được sử dụng trong những tường hợp nhất định, do vậy chúng

ta cần tìm hiểu chi tiết để có thể sử dụng đúng và đạt hiệu quả cao Sau đây là một

số loại băng tải phổ biến phân loại theo vật liệu tạo thành và hình dạng chính:

1.4.1 Băng tải xích

Hình 1.2 Băng tải xích

Băng tải xích có nhiệm vụ di chuyển các vật thể có kích thước, khối lượng lớnđiều mà con người khó lòng di chuyển nổi hoặc cần một số lượng công nhân rất lớn(tốn chi phí) Hơn nữa thì chúng lại có kích cỡ, kiểu dáng thiết kế đa dạng, phù hợpvới nhiều mục đích sử dụng khác nhau Chi phí thấp, bảo trì dễ dàng so với các loạibăng tải khác là lý do mà băng tải xích được ứng dụng nhiều trong cuộc sống hiệnnay Ứng dụng của băng tải xích trong công nghiệp phải kể đến là:

Trong ngành công nghiệp ô tô, xe máy Di chuyển cả một chiếc khung ô tôđến sơn tĩnh điện, di chuyển cùng lúc nhiều phụ tùng xe máy trên băng tải xích đểlắp ráp thành một chiếc xe hoàn chỉnh

Trong ngành công nghiệp sản xuất các mặt hàng tiêu dùng thiết yêu (đồ ăn,thức uống) Sản xuất thức ăn cho gia xúc gia cầm( vận chuyển các bao tải thànhphẩm)

Băng tải xích làm từ nhựa: áp dụng trong công nghiệp sản xuất hàng tiêu dùng để vận chuyển thực phẩm khô, đông lạnh, sữa…

Băng tải inox: dùng trong công nghiệp khai khoáng với ưu điểm là bền, chắc,chịu được các yếu tố thời tiết khắc nghiệt

Băng tải xích cuốn

Băng tải xích cong

Ngoài ra còn nhiều băng tải xích cào, xích băng tải có tay dùng trong nhiều trường hợp khác theo yêu cầu đặc biệt của từng mục đích cụ thể

1.4.2 Băng tải con lăn

Hình 1.3 Băng tải con lăn

Băng tải con lăn hay còn được gọi là băng tải ru lô, chúng có ưu điểm là:

Thiết kế gọn nhẹ, dễ dàng tháo lắp, phù hợp mọi địa hình

Có thể dùng động cơ để tải hoặc không dùng động cơ, do các con lăn có đầutrục bạc đạn nên có thể xoay quanh trục đỡ mà không cần dùng đến động cơ, chỉcần có lực đẩy nhẹ thì các vật tải có bề mặt phẳng có thể di chuyển theo khung sườn

Nhược điểm của băng tải con lăn: là không thể sử dụng để đưa hàng lên cao theophương nghiêng được vì bề mặt trơn láng làm trượt hàng khi lên cao Hệ thốngbăng tải con lăn được thiết kế đa dạng tùy vào sản phẩm:

Băng tải con lăn xếp di động

Băng tải con lăn truyền động motor xích

Băng tải con lăn côn (băng tải cong 30o,

90o,180o) Băng tải con lăn ngang

Băng tải con lăn góc cong

1.4.3 Băng tải cao su

Hình 1.4 Băng tải cao su

Băng tải cao su được sử dụng rộng rãi ở các công ty xy đựng, xí nghiệp sản xuấtvật liệu xây dựng, chế tạo… Loại băng tải này được sử dụng để vận chuyển vật liệurời, vụn như cát, sỏi, than, đá… Sản phẩm các ngành công nghiệp chè, cafe, thựcphẩm và nhiều loại thùng, hộp

Băng tải cao su có kết cấu đơn giản, khoảng cách vận chuyển lớn, năng suất cao,

dễ điều khiển, giá thành chế tạo cũng như giá thành vận chuyển rẻ nên được sửdụng rộng rãi

Tuy nhiên dây băng lại dễ dàng bị hỏng do tác động va chạm, nhiệt độ, hóa học,môi tường xung quanh, góc nghiêng băng tải không lớn, không thể vận chuyển theođường cong

1.4.4 Băng tải xoắn ốc

Hình 1.5 Băng tải xoắn ốc

Băng tải xoắn ốc được thiết kế dựa trên đặc trưng của hình trôn ốc, nó có độ nghiêngnhỏ hơn 10o có thể di chuyển theo cả hai chiều với độ nghiêng ở mức tương

đối Xung quanh băng tải cần phải bọc bởi những tấm kim loại để có thể chống gỉ ởmức cao nhật Thêm vào đó chúng được uốn theo hướng cong để giảm khả năng đổcũng như tạo ra dường đi cho sản phẩm di chuyển.

Băng tải xoắn ốc có khả năng vận hành êm ái linh hoạt qua đó tiết kiệm được khánhiều nanwng lượng như tiết kiệm diện tích sử dụng… Thực tế băng tải xoắn ốcđược sử dụng hầu như trong ngành chế biến thực phẩm vì việc thực phẩm cần bảo

vệ sinh an toàn, không chứ dầu mỡ như băng tải xích hay băng tải cao su

1.4.5 Băng tải đứng

Hình 1.6 Băng tải đứng

Giống như tên gọi của nó, băng tải đứng hoạt động theo dạng truyền động, dùng

để truyền hàng hóa từ điểm này đến điểm khác, từ khâu này đến khâu khác theo trụcthẳng đứng Khác với các loại băng tải khác, băng tải đứng có thể tải được rất nhiềuloại hàng với hình dạng khác nhau như thùng, can, chai, khay gỗ,… Sản phẩm đượcvận chuyển theo phương thẳng đứng để sản phẩm không bị biến dạng trong quátrình tải Kết hợp với băng tải đứng thường là các loại băng tải nằm ngang bằng conlăn, thích hợp chp việc phân phối hàng hóa qua từng tầng

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN

PHẨM 2.1 Phân tích hoạt động của hệ thống

Chuyển động Khi sản phẩm được sản xuất ra, được tự động sắp xếp trên băngchuyền Bên cạnh băng chuyền có đặt các cảm biến, phụ thuộc vào kích thước màusắc sản phẩm mà chúng có tác động vào cảm biến hay không, khi sản phẩm tácđộng vào cảm biến chúng sẽ được xylanh đẩy sang đề phân loại Hệ thống hoạtđộng tuần tự cho đến khi có lệnh dừng hoạt gặp sự cố

2.1.1 Các yêu cầu khi thiết kế hệ thống

Các chuyển động chính của hệ thống:

• Chuyển động cửa băng truyền chính để mang sản phẩm đi phân loại

• Chuyển tịnh tiến của xylanh của băng truyền để đẩy sản phẩm đã phân loại đira

Các yêu cầu khi thiết kế:

• Hệ thống đơn giản, dễ dàng điều khiển

• Có tính bền cao

• Đảm bảo tính an toàn và kinh tế

2.1.2 Phương án thiết kế

Do băng tải dùng trong hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên trong

mô hình đồ án đã lựa chọn loại băng tải dây đai để mô phỏng cho hệ thống dâychuyền trong nhà máy với những lý do sau đây:

• 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 vậnchuyển 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

Mô hình lựa chọn phương án thiết kế sử dụng 1 băng tải để vận chuyện sảnphẩm Sử dụng 3 xylanh để đẩy sản phẩm từ băng tải chính, sử dụng 3 cảm biến đểphân loại sản phẩm Sử dụng van điện từ để điều khiển xylanh

Ưu điểm của thiết kế này sẽ phân loại đa dạng, có thể cùng 1 lúc phân loại nhiềukích thước của sản phẩm và linh hoạt trong khâu đóng gói Năng suất, tốc độ hoạtđộng của hệ thống sẽ nhanh hơn.

Băng tải được thiết kế đơn giản, chỉ đáp ứng được nhu cầu vận chuyển phôi cótrọng lượng dưới 500 gram Các công thức tính toán và thông số kĩ thuật đưa ra cònnhiều hạn chế

Hệ thống điều khiển bởi PLC S7-1200 kết hợp Arduino

Phôi: vật liệu (gỗ), số lượng (6 cái), 2 phôi cao đỏ ( chiều cao h = 8cm), 2 phôitrung bình vàng ( h = 5cm), 2 phôi thấp xanh ( h = 3cm)

-Khả năng chịu tải: 5A

Hình 2.3 Rơle trung gian

2.2.3 Động cơ điện 1 chiều

2.2.4 Nút ấn

Thông số kĩ thuật:

• Điện áp tải Max: 440V

• Dòng điện tải max: 10A

2.2.8 Cảm biến khoảng cách hồng ngoại

Analog SHARP - GP2Y0A02YK0F

Điện áp sử dụng: 4.5 ~ 5.5VDC

Dòng sử dụng trung bình: 33 mA

Khoảng cách đo: 20 ~ 150cm

Dạng tín hiệu trả về: analog voltage

Output voltage differential over distance range: 2.05 V

Hình 2.9 Cảm biến khoảng cách hồng ngoại

2.2.9 Bộ chuyển đổi nguồn điện

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN, GIÁM SÁT 3.1 Yêu cầu công nghệ

Ấn nút Start hệ thống bắt đầu làm việc

Phôi quá thấp hoặc quá cao khoảng cho phép khi qua hệ thống cảm biến sẽ báo

về sản phẩm lỗi và sẽ để phôi đi vào thùng phôi lỗi cuối bang tải Phôi cao nhất cómàu xanh lam sẽ tác động cảm biến tiệm cận C1 và xy lanh X1 đẩy xuống thùngchứa phôi cao, tương tự như vậy với phôi có chiều cao trung bình có màu xanh lamđẩy vào thùng chứa phôi trung bình Phôi có màu xanh lam và chiều cao thấp nhất

sẽ được đẩy vào thùng phôi chứa phôi thấp

Phôi đi qua hệ thống cảm biến đặt trên băng chuyền

Xy lanh X1 sẽ đẩy phôi cao xuống thùng chứa phôi cao

Xy lanh X2 sẽ đẩy phôi cao trung bình vào thùng chứa phôi chiều cao trung bình

Xy lanh X3 sẽ đẩy phôi thấp vào thùng chứa phôi thấp

Phôi không nhận diện được coi là sản phẩm lỗi và rơi vào thùng đặt ở cuối bang tải

1 Tiêu chuẩn màu sắc:

Nhấn START thì băng tải sẽ hoạt động, khi có sản phẩm đi qua, cảm biến màu sắc TS3200 sẽ nhận dạng:

- Nếu sản phẩm màu đỏ thì tín hiệu sẽ chuyền về rơ le 1 của Rơ le 4 kênh, truyền

về PLC là sản phẩm màu đỏ Khi sản phẩm đi qua cảm biến quang số 1, PLC nhận biết làvật sắp đi qua Xi-lanh 1 và điều khiển đẩy Xilanh 1, số sản phẩm màu đỏ tăng 1 đơn vị

- Nếu sản phẩm màu xanh thì tín hiệu sẽ chuyền về rơ le 2 của Rơ le 4 kênh,truyền về PLC là sản phẩm màu xanh Khi sản phẩm đi qua cảm biến quang số 2, PLCnhận biết là vật sắp đi qua Xi-lanh 2 và điều khiển đẩy Xilanh 2, số sản phẩm màu xanhtăng 1 đơn vị

- Nếu sản phẩm màu tím thì tín hiệu sẽ chuyền về rơ le 3 của Rơ le 4 kênh,truyền về PLC là sản phẩm màu tím Khi sản phẩm đi qua cảm biến quang số 3, PLCnhận biết là vật sắp đi qua Xi-lanh 3 và điều khiển đẩy Xilanh 3, số sản phẩm màu tímtăng 1 đơn vị.

- Nếu sản phẩm màu mà cảm biến TS3200 không thể nhận dạng đúng các màu đãcài đặt thì sản phẩm sẽ chạy hết băng rơi vào thùng lỗi Sản phẩm lỗi sẽ tăng lên 1

Qúa trình phân loại sẽ diễn ra liên tục cho đến khi ta nhấn STOP

2 Tiêu chuẩn chiều cao

Nhấn START thì băng tải sẽ hoạt động, khi có sản phẩm đi qua, cảm biến

khoảng cách Sharp sẽ nhận dạng:

- Nếu sản phẩm có tín hiệu analog truyền về từ 50-60 thì tín hiệu sẽ chuyền về vềPLC là sản phẩm THẤP Khi sản phẩm đi qua cảm biến quang số 1, PLC nhận biết là vậtsắp đi qua Xi-lanh 1 và điều khiển đẩy Xilanh 1, số sản phẩm THẤP tăng 1 đơn vị

- Nếu sản phẩm có tín hiệu analog truyền về từ 60-70, truyền về PLC là sản phẩmcao TRUNG BÌNH Khi sản phẩm đi qua cảm biến quang số 2, PLC nhận biết là vật sắp

đi qua Xi-lanh 2 và điều khiển đẩy Xilanh 2, số sản phẩm TRUNG BÌNH tăng 1 đơn vị

- Nếu sản phẩm có giá trị analog truyền về từ 70-80 thì truyền về PLC là sảnphẩm CAO Khi sản phẩm đi qua cảm biến quang số 3, PLC nhận biết là vật sắp đi quaXi-lanh 3 và điều khiển đẩy Xilanh 3, số sản phẩm CAO tăng 1 đơn vị

- Nếu sản phẩm màu mà cảm biến khoảng cách truyền về tín hiệu analog khôngnằm trong khoảng quy định thì đó là sản phẩm có chiều cao không đạt tiêu chuẩn phânloại Sản phẩm đó sẽ đi hết băng và rơi vào thùng đựng sản phẩm lỗi Số lượng sản phẩmlỗi tăng thêm 1

Qúa trình phân loại sẽ diễn ra liên tục cho đến khi ta nhấn STOP

3.3 Lưu đồ thuật toán