Nhằm tạo điều kiện cho sinh viên ngành cơ khí tiếp cận với nền sản xuất công nghiệp hiện đại và có nhận thức sâu sắc hơn về vai trò, vị trí và mối quan hệ của ngành cơ khí trong các hệ thống sản xuất tự động, trong các sản phẩm. Đồ Án Điều Khiển Tự Động là một trong những học phần quan trọng của sinh viên ngành Cơ Khí. Với đề tài “Thiết kế mô hình thực nghiệm điều khiển tự động khoan chi tiết, ứng dụng PLC S71200 và điện khí nén” Sau thời gian làm đồ án với sự cố gắng của cả nhóm cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy … và các thầy, cô trong ngành Cơ điện tử đến nay đồ án của em đã hoàn thành. Đây cũng là đồ án mô hình đầu tiền của em kết hợp những kiến thức đã học áp dụng vào mô hình thực tế nên em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thiện song vì những hạn chế về kiến thức cũng như thời gian nên em sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót trong quá trình làm đồ án vì vậy kính mong nhận được sự thông cảm và những góp ý từ thầy, cô cùng tất cả các bạn đọc để em hoàn thiện hơn, tạo nền móng vững chắc cho chặng đường dài sau này. Em xin chân thành cảm ơn Chương 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu tổng quan và ứng dụng thực tế Ngày nay, khi đất nước đang trong giai đoạn tiến tới công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì ngành cơ khí nói chung và ngành cơ điện tử nói riêng trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn để phát triển đất nước. Bởi vì nó là ngành cơ bản để phát triển các ngành khác. Vì vậy đi sâu vào tập trung nghiên cứu nó là hết sức quan trọng. Như chúng ta đã biết máy khoan được sử dụng rất phổ biến trong các nhà máy cơ khí. Bên cạnh các máy móc cơ khí khác như máy tiện, máy phay, máy bào giường, máy doa, …dần dần chúng đang được tự động hóa theo một dây truyền ngày càng hiện đại. Máy khoan cũng không ngoại lệ nó cũng đang được tự động hóa theo dây truyền nhất định nhằm nâng cao năng suất và giảm sự nặng nhọc cho người công nhân. Đề tài đồ án này giới thiệu về thiết kế mô phỏng qui trình điều khiển tự động khoan chi tiết của máy khoan cần điều khiển bằng PLC kết hợp với điện khí nén. 1.2 Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu về PLC S7 1200. Tìm hiểu và sử dụng phần mềm TIA Portal phục vụ viết chương trình cho PLC S7 1200. Tìm hiểu về cảm biến từ và cảm biến hồng ngoại. Viết chương trình điều khiển cho mô hình khoan tự động. Hoàn thành thuyết minh. 1.3 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mô hình khoan chi tiết tự động. Bao gồm các đối tượng chính sau: Bộ phận đẩy phôi. Bộ phận điều khiển. Bộ phận cảm biến. Bộ phận vận chuyển. 1.4. Phạm vi nghiên cứu Thiết kế mô hình bằng phần mềm thiết kế cơ khí. Thiết kế mạch điện sử dụng PLC 1.5. Ý nghĩa đề tài Phục vụ trong công tác học tập, nghiên cứu và giảng dạy trong các trường Đại học, cao đẳng, trung cấp thuộc những khối ngành kỹ thuật trên khắp cả nước, giúp sinh viên tiếp cận thực tế có cái nhìn khách quan và chân thực nhất trong quá trình học tập. Tạo tiền đề cho việc ứng dụng vào các nhà máy, xí nghiệp phục vụ cho quá vận chuyển và gia công chi tiết. Tiết kiệm sử dụng nhân lực và tăng tốc quá trình sản xuất.
Giới thiệu tổng quan và ứng dụng thực tế
Trong bối cảnh đất nước đang tiến tới công nghiệp hóa và hiện đại hóa, ngành cơ khí, đặc biệt là cơ điện tử, đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế Đây là ngành cơ bản hỗ trợ và thúc đẩy các ngành công nghiệp khác Do đó, việc tập trung nghiên cứu và phát triển ngành này là hết sức cần thiết.
Máy khoan là một thiết bị phổ biến trong các nhà máy cơ khí, cùng với các máy móc khác như máy tiện, máy phay và máy doa Hiện nay, nhiều loại máy này đang được tự động hóa để nâng cao năng suất và giảm bớt công việc nặng nhọc cho công nhân Đồ án này sẽ giới thiệu về thiết kế mô phỏng quy trình điều khiển tự động cho máy khoan, sử dụng PLC kết hợp với điện khí nén.
Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu và sử dụng phần mềm TIA Portal phục vụ viết chương trình cho PLC S7 1200.
Tìm hiểu về cảm biến từ và cảm biến hồng ngoại.
Viết chương trình điều khiển cho mô hình khoan tự động.
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mô hình khoan chi tiết tự động Bao gồm các đối tượng chính sau:
Phạm vi nghiên cứu
Thiết kế mô hình bằng phần mềm thiết kế cơ khí.
Thiết kế mạch điện sử dụng PLC
Ý nghĩa đề tài
Phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu và giảng dạy tại các trường đại học, cao đẳng và trung cấp trong lĩnh vực kỹ thuật trên toàn quốc, giúp sinh viên có cơ hội tiếp cận thực tế và có cái nhìn khách quan, chân thực trong quá trình học tập.
Tạo tiền đề cho việc ứng dụng vào các nhà máy, xí nghiệp phục vụ cho quá vận chuyển và gia công chi tiết.
Tiết kiệm sử dụng nhân lực và tăng tốc quá trình sản xuất.
Thiết kế mô hình
Hình 2.1: Mô hình khoan chi tiết.
Thông số kỹ thuật các thiết bị chính.
Điện áp: DC 24V, tốc độ không tải: 16000RPM, dòng điện:
2 Xy lanh 2 ty Airtac TN10x50S
AIRTAC TN10 là loại xi lanh 2 piston (2 ty) có đường kính phi 10mm
Kích thước cổng: ren 5mm (M5)
Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)
3 Cảm biến tiệm cận OMDHON E3F-DS30C4
Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 dây tín hiệu)
Chân tín hiệu ngõ ra: cấu trúc cực thu hở Transistor NPN - Open Collector
Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC
Khoảng điều chỉnh phát hiện vật cản của cảm biến: 5~30cm (điều chỉnh bằng biến trở trên cảm biến).
Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độ
Dòng kích ngõ ra: < 300mA.
Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ.
Chất liệu sản phẩm: vỏ ngoài nhựa ABS, phía trong đổ keo chống nước, chống va đập.
Lưu chất: Khí nén, hơi nước
Áp suất min: 0.5 kg/cm2
Áp suất max: 7 kg/cm2
Loại xi lanh: Xi lanh hai tác động
5 Role trung gian CHINT JQX-13F
Dòng tiếp điểm (tải thuần trở): 10A at 220VAC, 10A at 28VDC
Chế độ tác vụ: Loại thí điểm
Thời gian phản ứng: 12ms
Thao tác bằng tay: kiểu nút
Mức độ bảo vệ: IP65
Điện áp định mức: DC24V, DC12V, AC220V, AC110V
Khoảng điện áp cho phép: -10% ~ + 10%
Khu vực điều tiết hiệu quả (giá trị CV): 4.0mm2
Điện năng tiêu thụ: DC 1.0W, AC 110V 1.4VA, 220V 2.3VA
Tần suất hoạt động tối đa: 10c / giây
7 Cảm biến hành trình SMC D-A93
Số dây tín hiệu: 2 dây
Sử dụng điện áp 24VDC hoặc 100VAC kiểu mắc tải nối tiếp
Tích hợp led báo ngõ ra khi có tác động.
Tải sử dụng là relay hoặc PLC ( công suất tải 5-40mA).
8 Cảm biến hành trình CMSJ-020
Cảm biến logic: Kiểu thường mở STSP
Điện áp hoạt động: 5 – 240 AC/DC
Dây cáp: phi 4.0, 2C màu xám chống dầu PVC ( Flame retarded)
Độ nhạy của cảm biến ( Gauss): 60 – 75
CPU 1214C có 3 versions với điện áp nguồn và điện áp điều khiển khác nhau
Tích hợp nguồn 24 V cho encoder hoặc cảm biến Nguồn dòng 300 mA sử dụng cho các loại tải khác.
Tích hợp 14 ngõ DI 24 VDC, 10 ngõ DO, 2 ngõ AI 0…10V
2 nguồn xung với tần số lên đến 100kHz
Tích hợp giao tiếp Ethernet (TCP/IP native, ISO-on-TCP)
6 counter với 3 counter 100 kHz và 3 counter 30 kHz
Board tín hiệu mở rộng tương tự hoặc số được cắm trên CPU
Tích hợp điều khiển PID, và đồng hồ thời gian thực
Sơ đồ mạch
Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển.
2.2.3 Sơ đồ mạch khí nén
Hình 2.3: Sơ đồ mạch khí nén. Đ
2.2.4 Sơ đồ kết nối PLC và hệ thống điều khiển
Hình 2.4 Sơ đồ kết nối PLC.
Ký hiệu Địa chỉ Kiểu DL Ghi chú
START %I0.0 Bool Nút nhấn khởi động Start
STOP %I0.1 Bool Nút nhấn dừng Stop
EMG %I0.2 Bool Nút nhấn dừng khẩn cấp EMG
Cảm biến xy lanh 1A có hai trạng thái: đi ra (%I0.3) và đi về (%I0.4) Tương tự, cảm biến xy lanh 2A cũng có hai trạng thái: đi ra (%I0.5) và đi về (%I0.6) Cuối cùng, cảm biến xy lanh 3A hoạt động với hai trạng thái: đi ra (%I0.7) và đi về (%I1.0).
CB phôi %I1.1 Bool Cảm biến phát hiện phôi
1Y1 %Q0.0 Bool Van 5/2 điều khiển Xylanh 1A 2Y1 %Q0.1 Bool Van 5/2 điều khiển Xylanh 2A 3Y1 %Q0.2 Bool Van 5/2 điều khiển Xylanh 3A RL1 %Q0.3 Bool Role trung gian điều khiển
Hình 2.5 Sơ đồ mạch điện.
Chương trình điều khiển
2.3.1 Sơ đồ chương trình điều khiển
Hình 2.6 Network 1: Điều khiển Motor 24V.
Hình 2.7 Network 2: Điều khiển chương trình chạy tự động.
Hình 2.8 Network 3: Van điện từ 5/2 1Y1 điều khiển xy lanh 1A đẩy phôi.
Hình 2.9 Network 4: Van điện từ 5/2 2Y1 điều khiển xy lanh 2A kẹp phôi
Hình 2.10 Network 5: Van điện từ 5/2 3Y1 điều khiển xy lanh 3A khoan phôi.
Hình 2.11 Network 6: Khối SR (chặn TH 1), chặn tín hiệu trùng lặp.
Hình 2.12 Network 7: Khối SR (chặn TH 2), chặn tín hiệu trùng lặp.
Hình 2.13 Điều khiển Motor hoạt động.
Khi nhấn nút START, CB phôi nhận biết có phôi, MOTOR sẽ hoạt động.
Hình 2.14 Điều khiển xy lanh 1A đi ra cấp phôi.
Khi CB phôi phát hiện có phôi, đồng thời cảm biến xy lanh S1, S3, S5 được chạm Van 1Y1 có điện điều khiển xy lanh 1A cấp phôi vào vị trí để khoan.
Hình 2.15 Điều khiển xy lanh 1A đi về.
Xy lanh 1A đẩy ra rời khỏi vị trí (cảm biến S1 ngắt), chạm đến cảm biến S2 (tiếp điểm S2 mở thành đóng) Van 1Y1 mất điện, xy lanh 1 đi về
Hình 2.16 Khối SR “chặn TH 1” xử lý tín hiệu trùng lặp.
Khi cảm biến S1 được kích hoạt, sẽ xảy ra hiện tượng trùng tín hiệu giữa xy lanh 1A và xy lanh 2A Để xử lý tình huống này, chúng ta sử dụng khối SR “chặn TH 1” nhằm chặn tín hiệu của xy lanh 1A và cho phép tín hiệu của xy lanh 2A hoạt động Khối SR “chặn TH 1” được cấu hình với chân Set là cảm biến S2 và chân Reset là cảm biến S6.
Hình 2.17 Xy lanh 2A đi ra giữ phôi.
Xy lanh 2A đi ra giữ phôi, rời cảm biến S3, chạm cảm biến S4, tiếp tục hành trình cho xy lanh 3A đi xuống
Hình 2.18 Xy lanh 3A đi xuống đẻ khoan chi tiết.
Xy lanh 3A đi xuống, chạm cảm biến S6, sau 5s cho xy lanh 3A đi lên.
Hình 2.19 Sau 5s khoan chi tiết, xy lanh 3A đi lên.
Khi xy lanh 3A tiếp xúc với cảm biến S5, tín hiệu trùng lặp sẽ xảy ra Để ngăn chặn tín hiệu này, chúng ta sử dụng khối SR "chặn TH 2" được thiết lập bởi cảm biến S6.
Hình 2.20 Khối SR “chặn TH 2” xử lý tín hiệu bị trùng lặp.
Khối SR “chặn TH 2” chân Set được thiết lập bằng cảm biến S6, chân Reset là cảm biến S3.
Hình 2.21 Xy lanh 2A đi về.
Xy lanh 3A đi lên chạm cảm biến S5, cảm biến S5 cho xy lanh 2 đi về.
Kết thúc 1 chu trình hoạt động.
Hình 2.22 Chạy hệ thống tự động bằng nút nhấn START lần thứ 2.
Khi nhấn nút START lần thứ hai, hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động tự động Để dừng hệ thống hoặc trong trường hợp xảy ra sự cố, hãy nhấn nút STOP hoặc EMG.
Những kết quả đạt được
Xây dựng thành công chương trình cơ bản bằng phần mềm Tia-Portal
Hệ thống thực nghiệm vận hành tốt.
Các mặt hạn chế
Do kiến thức, kinh nghiệm còn hạn chế nên đồ án này vẫn còn một số vấn đề chưa giải quyết triệt để
Bài toán còn chưa tối ưu.
Kết luận
Đề tài “Thiết kế mô hình thực nghiệm điều khiển tự động khoan chi tiết, ứng dụng PLC S7-1200 và điện - khí nén” là một nghiên cứu quan trọng trong lĩnh vực thiết kế và tự động hóa Để xây dựng hệ thống khoan chi tiết hiệu quả cho sản xuất, cần tìm hiểu sâu về cơ cấu kẹp phôi và cải tiến kết cấu cơ khí Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã rút ra nhiều bài học quý giá trong thiết kế và xây dựng mô hình khoan chi tiết, góp phần hoàn thiện kiến thức trong quá trình học tập.
Kiến nghị
Sau khi hoàn thành đề tài "Thiết kế mô hình thực nghiệm điều khiển tự động khoan chi tiết, ứng dụng PLC S7-1200 và điện - khí nén", tôi đã tự đánh giá những thành tựu đạt được cũng như những hạn chế còn tồn tại Dựa trên những phân tích này, tôi xin đưa ra một số kiến nghị nhằm cải thiện và nâng cao hiệu quả của dự án trong tương lai.
Cải tiến cơ cấu kẹp phôi, có cảm biến nhận biết được lực kẹp.
Cải tiến nâng cấp khoan chi tiết thành khoan phôi theo tọa độ.
Cải tiến hệ thống cấp phôi bằng băng tải.
