lập trình plc và ứng dụng nó vào qui trình đếm và phân loại sản phẩm dùng biến tần giám sát scada

------ Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện

- - Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC

Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phẩm lớn, nhanh

mà lại tiện lợi về kinh tế Các Công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống

xã hội Qua đồ án này chúng em sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng nó vào qui trình đếm và phân loại sản phẩm dùng biến tần giám sát SCADA của công ty, xí nghiệp sản xuất Trong thực tế lập trình PLC có thể được sử dụng nhiều hãng phần mềm sản xuất như là hãng Siemens-Đức, Omron-Nhật bản, Goldstar-Hàn Quốc,… tuỳ thuộc vào đối tác, tiềm lực của Công ty, xí nghiệp để sử dụng công nghệ của hãng

Trên đây là một phần nhỏ về chương trình điều khiển viết cho hệ thống điều khiển đếm và phân loại sản phẩm theo kích thước Trong quá trình thực hiện chương trình còn gặp nhiều khó khăn đó là tài liệu tham khảo cho vấn đề này đang rất ít,và hạn hẹp, nó liên quan đến nhiều vấn đề như phần điều chỉnh động cơ Mặc dù rất cố gắng nhưng khả năng, thời gian

có hạn và kinh nghiệm chưa nhiều nên không thể tránh khỏi những sai sót rất mong sự đóng góp ý kiến bổ sung của các thầy cô giáo, các bạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn

LỜI CẢM ƠN

- -

 Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn :

 Quý thầy cô Khoa Cơ Khí-Bô Môn Cơ Điện Tử đã truyền đạt cho

chúng em những kiến thức quý báu trong suốt thời gian qua

 Xin chân thành cảm ơn Cô LÊ THỊ KIỀU NGA đã ân cần chỉ bảo,

hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án

 Cuối cùng xin chân thành cám ơn gia đình, các bạn bè cùng khóa đã

quan tâm, hổ trợ và động viên giúp chúng em hoàn thành đồ án này

TP HCM, ngày … tháng 6 năm 2012

-

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP Hồ Chí Minh tháng 6 năm 2012 GVHD

- -

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP Hồ Chí Minh tháng 6 năm 2012 GVPB

- -

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

TP Hồ Chí Minh Tháng 6 Năm 2012 HỘI ĐỒNG BẢO VỆ

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 6

MỤC LỤC HÌNH ẢNH 8

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 13

1.1 Lý do chọn đề tài: 13

1.2 Thưc trạng đề tài: 13

1.3 Nhiệm vụ: 13

1.4 Khó khăn của đề tài: 14

1.5 Hướng giải quyết: 14

2.1 Thiết kế: 15

2.1.1 Phương án đề ra: 15

2.1.2 Phương án thực tế: 16

2.2 THI CÔNG: 17

2.2.1 CƠ KHÍ: 17

2.2.1.1 Chọn vật liệu: 17

2.2.1.2 ĐỘNG CƠ: 23

2.2.1.3 BỘ TRUYỀN XÍCH: 24

2.2.1.4 PITTÔNG: 24

2.2.2 Điện – Điện Tử 29

2.2.2.1 CẢM BIẾN 29

2.2.2.2 Van khí nén: 33

2.2.2.3 Biến Tần(A024) 34

2.2.2.3 Tổng quan về PLC S7 200 và bài toán phân loại sản phẩm 40

i Chức năng hệ PLC 40

ii Sơ đồ khối 40

2.2.3 Lập Trình: 57

2.2.3.1 Đặc trưng cơ bản của WinCC 57

2.2.3.2 Cấu hình Wincc 60

a Các loại Project 60

b Phần mềm PC access kết nối PLC và WinCC 61

2.2.3.3 Lưu Đồ Giải Thuật: 68

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 69

3.1 Kết quả: 69

3.2 Hướng phát triển: 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 70

Hình 2.1: Mô hình phân loại sản phảm cao thấp

Hình 2.2: Mô hình phân loại sản phẩm cao thấp của Thành Hưng

Hình 2.3: Mô hình thiết kế 3D ban đầu

Hình 2.14: chân đứng để băng tải

Hình 2.15: Part giử chắc chân đứng và mặt bàn

Hình 2.16: bàn để mô hình

Hình 2.51: cáp kết nối

Hình 2.52: sơ đồ nối cáp

Hình 2.53: Cáp USB/PPI Multi-Master

Hình 2.54: Giao diện của S7-200 Simulator 2.0 English

Hình 2.55: Viết chương trình bằng phần mềm Step 7 Micro Win

Hình 2.56: Hình biên dịch chương trình: File/Export

Hình 2.57: Đặt tên tập tin và chọn Save (*.awl)

Hình 2.57: Mở file cần mô phỏng *.awl

Hình 2.58: Chọn loại CPU cần mô phỏng

Hình 2.59: Chạy mô phỏng chương trình PLC

Hình 2.60: Quan sát các đèn báo trạng thái ngõ vào ra trên PLC

Hình 2.68: add item vào PLC

Hình 2.69: mô tả chức năng của biến

Hình 2.70: các biến được tạo

Hình 2.70: lưu lại file

Hình 2.71: add thêm driver mới cho S7-200

Hình 2.72: chọn system Parameter

Hình 2.73: add item ở PC access vào Win CC

Hình 2.74: lưu đồ giải thuật

Hình 3.1: kết quả đạt được

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Lý do chọn đề tài:

Ngày nay với sự phát triển của công nghiệp điện - điện tử, kỹ thuật số các hệ thống điều khiển dần dần được tự động hóa Với những kỹ thuật tiên tiến như vi xử lí, PLC, vi mạch số… được ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, thì các hệ thống điều khiển

cơ khí thô sơ, với tốc độ xử lí chậm chạp ít chính xác được thay thế bằng các hệ thống điều khiển tự động với các lệnh chương trình đã được thiết lập trước

Trong quá trình hoạt động ở các nhà xưởng, xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng là nhu cầu rất cần thiết,bên cạnh đó nghành công nghiệp ngày cảng phát triển các cộng ty xí nghiệp đã đưa tự động hóa vào sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền và sản phẩm cho toàn bộ hệ thống một cách hợp lý là yêu cầu thiết yếu(giám sát SCADA).sẽ tiết kiệm được nhiều thời gian cũng như khâu quản lý một cách dễ dàng

Để đáp ứng được yêu cầu đó em đã tiến hành nghiên cứu tài liệu điều khiển lập trình với PLC và đã giải quyết được vấn đề đặt ra

Với sự đồng ý của cô Lê Thị Kiều Nga Em đã tiến thành thực hiện đề tài: “ĐẾM

VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC GIÁM SÁT SCADA”

Thiết kế mô hình cơ khí

Tìm hiểu động cơ AC

Tìm hiểu cảm biến quang

Chi phí thiết kế đề tài khá cao

Khó khăn trong việc lập trình và giao tiếp PLC

1.5 Hướng giải quyết:

Tập trung làm cơ khí sớm hơn dự định

Tìm mua động cơ, PLC, biến tần, cảm biến, xy lanh

Tìm hiểu các khó khăn qua Internet để tìm ra hướng giải quyết tốt nhất

Đọc các tài liệu về biến tần, PLC

Đọc tài liệu “tự động hóa với win cc” (tài liệu trên mạng)

Cách giám sát SCADA

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Đề tài: “ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC GIÁM SÁT

SCADA” 2.1 Thiết kế:

2.1.1 Phương án đề ra:

Phương án 1: Mô hình của đồ án tốt nghiệp

Hình 2.1: Mô hình phân loại sản phảm cao thấp Đặc điểm:

- Mô hình khá đơn giản, gọn đẹp, cân đối

- Dùng băng tải và động cơ

- Cảm biến quang để phân loại sản phẩm

- Dùng biến tần để điều khiển động cơ

- Dùng Win CC để giám sát

Hạn chế:

- Mô hình chỉ ứng dụng phân theo kích thước

- Phụ thuộc nguồn khí cấp vào 2 van

- Truyền động xích gây tiếng ồn

2.1.2 Phương án thực tế:

Phương án 2: Mô hình của Thành Hưng(trên mạng)

Hình 2.2: Mô hình phân loại sản phẩm cao thấp của Thành Hưng

Đặc điểm:

- Mô hình thiết kế đẹp, khá hay

- Kết cấu cơ khí chắc chắn

- Cơ khí tốn kém

- Đòi hỏi thiết kế có độ chính xác cao

Phương án lựa chọn:

 Từ 2 phương án trên nhóm chúng em đã lựa chọn phương án 1

Thiết kế ban đầu:

Hình 2.3: Mô hình thiết kế 3D ban đầu

2.2 THI CÔNG:

2.2.1 CƠ KHÍ:

2.2.1.1 Chọn vật liệu:

Vì mô hình của

chúng em là một mô hình thu nhỏ trong hệ thống di chuyền của nhà máy nên đồi hỏi phải có sự chắc chắn Vì thế nhóm chúng em sử dụng sắt để làm Chúng em chọn sắt ống vuông có kích thước 3X3 để làm khung bàn

Hình 2.4: khung bàn

Sử dụng ổ bi có kích thước Ø 32 dùng để dẩn trục quay nhẹ vá giảm ma sát

Hình 2.5: ổ bi

Hình 2.6: part bảo vệ bi Hình 2.7: part bảo vệ xích

Hình 2.8: bô li Hình 2.9: truc nhỏ Trong mô hình chúng em sử dụng vít và bu lông gắng các chi tiết lại với nhau

Bô li băng tải:có kích thước Ø60

chiều ngang dài 75mm có tác dụng

chạy băng tải đưa sản phẩm

-chúng em dung 2 thanh sắt co kích thước là 6X3 và dài 980mm để làm khung cho băng tải

Hình 2.11: thanh sắt

-Để cho vận chuyển được sản phẩm chúng em đã chọn loại băng tải đúng với kích thước của boly và kích thước đã chọn trước Nếu không băng tải sẽ không căn và không vận chuyển được sản phẩm

Hình 2.12: dây đai -Băng tải hoàn thiện:

Hình 2.13: băng tải

Thiết kế chân đứng cho mô hình có hình dạng chử T:

Hình 2.14: chân đứng để băng tải Hình 2.15: Part giử chắc chân đứng và mặt bàn

Hình 2.16: bàn để mô hình -Trong quá trình thi công chúng em cũng gặp nhiều khó khăn như khoan trục đòi hỏi phải

chính xác để gắng trục không bị lệch.về băng tải khi lắp vào khung không căng nên chúng

em đã tăng băng tai căng lên ở hai đầu của thanh ngang.Nói chung mô hình cũng khá đơn

giản nên việc thiết kế cũng hơi dễ dàng

-Điều chú ý ở đây khi chọn động cơ,với việc dung biến tần để chỉnh tốc độ động cơ nên khi chọn ta không cần phải chọn động cơ có hộp số

2.2.1.2 ĐỘNG CƠ:

Về phần động cơ thì nhóm chúng em sử dụng động cơ AC vì nhóm có sử dụng thêm biến tần Động cơ được chọn có kí hiệu là 4IK25 Có khung hình Kích thước: 80 x 80mm.Công suất 25W, đầu vào 110/220/380VAC, tỷ số truyền từ 3 ~ 200

Hình 2.17: động cơ AC

Động cơ có sử dụng hộp số nên khi qua hợp số thì tốc độ cua vòng quay là 52/64r/min Động cơ gồm có hai phần chính là stator và rotor Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo ra từ trường quay Rôto hình trụ

có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép

Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm cho rôto quay trên trục Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác

Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn Cách bố trí các cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện người ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây

1, 2, 3

2.2.1.3 BỘ TRUYỀN XÍCH:

Trong mô hình đồ án nhóm chúng em đã chọn bộ truyền xích Để tránh hiện tượng trượt như truyền động đai, lực tác dụng lên trục nhỏ, có thể cùng một lúc truyền chuyển động cho nhiều trục

1 Piston 2 Đêm kín piston 3 Trục piston 4 Dẫn hướng

5.Đệm kín trục 6 Vòng chắn bụi 7 Nắp xylanh 8, 13 Cửa lưu chất

9 Thân xylanh 10 Buồng trục 11 Buồng Piston 12 Đế xy lanh

Hình 2.22: Xilanh tác dụng 2 chiều

Hình 2.23: mô hình hoàn chỉnh

Hình 2.24: Bản vẽ 3 hình chiếu

Hình 2.25: mô hình thực nghiệm hoàn chỉnh

Kinh nghiệm trong quá trình thi công:

Phân chia công việc cho từng thành viên trong nhóm

Thiết kế mô hình 3D là vấn đề quan trọng

Chú ý khi cảm biến, xylanh, biến tần, plc

Gia công chi tiết cần chú ý đến dung sai

Cần chú ý đến độ chính xác trong gia công và lắp ráp

Khó khăn trong việc làm quen với các dụng cụ gia công như: máy

khoan, máy tiện

2.2.2 Điện – Điện Tử

2.2.2.1 CẢM BIẾN

 KT:40x12x21(mm)

Chọn kiểu đầu ra tác động theo sáng/tối

Chức năng đèn báo hiệu sự ổn định; điều chỉnh được độ nhạy

Hình 2.26: cảm biến được vẽ Hình 2.27: cảm biến thực tế

Ðầu ra: NPN/ PNP 30VDC,100mA, Nguồn cấp:10-30 VDC,30mA

Khoảng cách phát hiện:

* Thu phát: 15m: E3Z-To1/6 (o=6: NPN, o=8: PNP)

* Phản xạ gương : 4m: E3Z-Ro1/6 (o=6: NPN, o=8: PNP)

*Phản xạ khuyếch tán :1m: E3Z-Do2/,(o=6:NPN, o=8: PNP)

100mm: E3Z-Do1/6 (o=6: NPN, o=8: PNP)

 Sơ đồ kết nối:

Hình 2.28: sơ đồ kết nối

 Đặc điểm thông số kỹ thuật:

Hình 2.29: thông số kỹ thuật

F = p.A

A – Diện tích làm việc của Pittông

Diện tích làm việc của Pit tông phía khoang pittông được tính theo công thức:

Hình 2.31: van 5/2 thực tế Nguyên tắc hoạt động của van 5/2 là:

2.2.2.3 Biến Tần(A024)

Trên thị trường ngày nay, có 3 loại Biến tần cơ bản: động Vôn/Hz (Mạch Hở)

Truyền động Véc-tơ không cảm biến (Mạch Hở)

Truyền động Véc-tơ có phản hồi (Mạch Kín)

Hai loại đầu tiên được gọi là Mạch Hở do chúng cung cấp điện cho động cơ, nhưng không có cách nào xác minh rằng các động cơ thực sự đang chạy ở tốc độ mong muốn

Điều này Chấp nhận được cho các ứng dụng không yêu cầu điều khiển vị trí chính xác hoặc điều chỉnh tốc độ lớn

Loại cuối cùng là thiết bị Mạch Kín có nghĩa là nó có khả năng chấp nhận tín hiệu

từ thiết bị phản hồi giám sát tốc độ và/hoặc vị trí của động cơ

thể điều chỉnh đầu ra của nó để khắc phục lỗi

2.32: biến tần simens Hình 2.33: biến tần hitachi

Hình 2.34: biến tần Fuji Hình 2.35: biến tần Delta Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại biến tần được các công ty,xí nghiệp đang sử dụng,sau đây chúng em xin giới thiệu về một loại biến tần của MITSUBISHI A024 dây cũng la loại biến tần chúng em sử dụng làm trong đồ án này

Biến tần Delta

Hình 2.36: biến tần Mitsubishi Hình 2.37: biến tần Frenic-lift

 Mục tiêu của biến tần:

1/ Điều chỉnh tốc độ của động cơ theo ý muốn

2/ Điều chỉnh công suất của động cơ cho phù hợp với tải

3/ Điều chỉnh dòng điện và moment xoắn của động cơ cho phù hợp với tải

4/ Khởi động mềm cho động cơ

5/ Tiết kiệm điện năng

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh

kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại Chính vì vậy, năng lượng

tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống Nhờ tính năng kỹ thuật

cao với công nghệ điều khiển hiện đại nhất (điều khiển tối ưu về năng lượng) các bộ

biến tần đang và sẽ làm hài lòng nhiều nhà đầu tư trong nước, trong khu vực và trên

thế giới

 CÁC LOẠI TẢI NÊN SỬ DỤNG BIẾN TẦN ĐỂ TIẾT KIỆM ĐIỆN

1 Phụ tải có mô mem thay đổi (điều hòa trung tâm, bơm cấp nước, bơm quạt

thêm biến tần

3.Ngành Giấy – Bao bì (Máy Xeo Giấy, Máy Cắt…), ngành Dệt – Sợi –

Nhuộm, ngành Nước và Nước Thải, Thang máy-cần trục

 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Hình 2.38: nguyên lý hoạt động Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải

và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

 Thông số của biến tần A024

Hình 2.39: thông số biến tần

 Cách khắc phục lỗi biến tần: