Ứng dụng PLC, khí nén điều khiển băng tải gắp và đóng nhãn sản phẩm

Nội dung báo cáo trình bày ứng dụng PLC, khí nén điều khiển băng chuyền gắp và đóng nhãn sản phẩm. Mô hình là sản phẩm kết hợp vi điều khiển thông minh PLC, hệ thống điện 1 chiều; xoay chiều,hệ thống khí nén. Mời các bạn tham khảo

LỜI MỞ ĐẦU

Trong cuộc sống hiên nay, yêu cầu ứng dụng khoa học kỷ thuật vào trongđời sống ngày càng cao,đăc biệt là trong các nghành công nghiệp Để đáp ứngnhững yêu cầu đó,con người phải biết vận dụng các tiến bộ của khoa học kỷthuật vào lao động sản suất cũng như cuộc sống hằng ngày

Ứng dụng những kiến thức đã học tại trường và tìm hiểu thêm từ bên

ngoài.Nhóm chúng em chọn đề tài “ỨNG DỤNG PLC, KHÍ NÉN ĐIỀU KHIỂN BĂNG TẢI GẮP VÀ ĐÓNG NHÃN SẢN PHẨM ” Mô hình là sản phẩm kết hợp vi điều khiển thông minh PLC, hệ thống điện 1 chiều;xoay

chiều,hệ thống khí nén Là sản phẩm kết hợp kiến thức từ nhiều môn học đểthực hiện và hoàn thành,cũng như điều khiển và vận hành

Mô hình tuy không có nhiều ý tưởng mới và còn khá nhiều thiếusót.Nhưng mô hình yêu cầu độ logic cao,người vận hành phải nắm vững kiếnthức nhiều môn học Nhóm chúng em mong rằng sau khi hoàn thành,mô hình cóthể được ứng dụng tốt vào trong chương trình dạy và học của nhà trường

PHẦN 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

I Mục đích lựa chọn đề tài:

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là sự ra đời của

các hệ điều khiển không tiếp điểm như Vi điều khiển, PLC, khí nén đã đápứng được những yêu cầu về mặt công nghệ như : Độ tin cậy cao, tác độngnhanh, ít tốn năng lượng, kích thước nhỏ so với bộ nối dây công tắc tơ hay rơle,

và đặc biệt là có thể thay đổi phương án điều khiển dễ dàng mà không phải thayđổi kết cấu của mạch điện Ngoài ra PLC còn có thể được lập trình điều khiển từxa

- Trong chương trình đào tạo Cao đẳng nghề Điện công nghiệp mô đunPLC là nội dung học tập trọng tâm của nghề

- Bên cạnh đó điều kiện trang thiết bị giảng dạy của Nhà trường còn hạnchế đặc biệt là các mô hình ứng dụng thực tế điều khiển bằng PLC Do đó nhóm

chúng tôi thực hiện đề tài: “Ứng dụng PLC, khí nén điều khiển băng chuyền gắpvà đóng nhãn sản phẩm” với mục đích làm làm quen với thực tế sản xuất,

mô hình còn được ứng dụng trong

phục vụ giảng dạy đồng thời phát huy năng lực của đội ngũ giáo viên trong tổđẩy mạnh phong trào sáng kiến cải tiến kỹ thuật trong Khoa nói riêng và Nhàtrường nói chung, góp phần nâng cao hơn nữa chất lượng đào tạo của Khoa đápứng yêu cầu nhiệm vụ ngày càng cao cao của Nhà trường

II Các thành phần chính của mô hình

1 Băng tải:

1.1 Giới thiệu về băng tải:

Băng tải là thiết bị vận chuyển liên tục dùng để chở hàng dạng hạt, cục theophương nằm ngang hoặc mặt phẳng nghiêng (góc nghiêng không lớn hơn 30).Băng tải hoạt động được là nhờ vào động cơ chính và cơ cấu truyền động chính.Khống chế tự động một hệ truyền động băng tải phải theo yêu cầu công nghệ màđối tượng phục vụ

Các loại băng tải thường dùng trong các dây chuyền:

- Băng tải bố NN

- Băng tải con lăn

- Băng tải cáp thép

- Băng tải bố EP

1.2 Những yêu cầu đối với băng tải:

Chế độ làm việc của băng tải là chế độ dài hạn với phụ tải (sản phẩm haybán sản phẩm) hầu như không thay đổi Theo yêu cầu công nghệ, không yêu cầuđiều chỉnh tốc độ Trong các phân xưởng sản xuất theo dây chuyền có nơi yêucầu dải điều chỉnh tốc độ D = 2 : 1 để tăng nhịp độ làm việc của toàn bộ dâychuyền khi cần thiết

Nguồn cung cấp cho động cơ truyền động băng chuyền cần có dung lượng

đủ lớn, đặc biệt là đối với công suất động cơ có công suất  30kW, để khi mởmáy không ảnh hưởng đến lưới điện và quá trình khởi động được thực hiện nhẹnhàng và dễ dàng hơn

Các yêu cầu chính khi thiết kế hệ thống khống chế băng tải là:

Bộ nhớ

chương trình

Đơn vị điều khiển

Khối ngõ vào

Mạch giao tiếp cảm biến

Panel lập

trình

Bộ nhớ

dữ liệu Khối ngõ ra Mạch công suất & cơ cấu tác động

Thứ tự khởi động của băng tải ngược chiều với dòng dịch chuyển của vậtphẩm

Dừng băng tải bất kỳ nào đó chỉ được phép khi băng băng tải trước đó đãdừng

Phải có cảm biến về tốc độ của mỗi băng tải và cảm biến báo có tải trên băng tảihoặc trong các thùng chứa

1.3 Ứng dụng:

Ngày nay, băng tải được ứng dụng rất rộng rãi trong đời sống hằng ngày vàtrong công nghiệp: dây chuyền tự động, nhà máy chuyển cát, hệ thống trộn bêtông nhựa đường, định lượng phối liệu trong các nhà máy xi măng

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, việc điều khiển băng tải trong dâychuyền sản xuất bằng đóng cắt các rơle tự động ở các phân xưởng, nhà máy dầndần thay thế bằng các thiết bị chuyên dùng có kích thước gọn nhẹ, tốc độ điềukhiển nhanh, chống nhiễu tốt, giá thành cạnh tranh và có khả năng lập trình, đóchính là PLC - một trong những bộ điều khiển số mạnh nhất hiện nay Việc điềukhiển và khống chế băng tải bằng PLC đang được ứng dụng rộng rãi Em chọn

đề tài này cho đồ án tốt nghiệp của mình cũng xuất phát từ những khả năng đócủa PLC

2 Hệ thống điều khiển

2.1 PLC

2.1.1 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình (PLC):

Hiện nay, nhu cầu về một bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đãthúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình PLC (ProgrammableLogic Control ) Hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hayquá trình hoạt động Trong hoàn cảnh đó bộ điều khiển lập trình (PLC) đã đượcthiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng relay và thiết

bị cồng kềnh, nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dể dàng và linh hoạtdựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản, ngoài ra PLC còn có thể thực hiệnđược những tác vụ khác như làm tăng khả năng lập trình cho những hoạt độngphức tạp

Hình 3 Sơ đồ khối bên trong PLC

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa

về từ quá trình điều khiển, thực hiện logic được lập trong chương trình và kích

ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng Với các mạch giao tiếpchuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơcấu tác động (actuators) có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi

tín hiệu (transducers) ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay relaytrung gian Tuy nhiên, cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLCđiều khiển những thiết bị có công suất lớn.

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống mà không cần có

sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điềukhiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng Hơn nữa, chúngcòn có ưu điểm là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với hệthống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phứctạp giữa các thiết bị rời

Về phần cứng, PLC tương tự như máy tính truyền thống và chúng có cácđặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp Đó là:

- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

Những đặc điểm trên làm cho PLC được sử dụng nhiều trong việc điềukhiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình

Bảng So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển

Mất thờigian thiết kế

Mất nhiềuthời gian lậptrình

Lập trình vàlắp đặt đơngiản

Kém - nếu

IC được hàn

Kém - cónhiều mạch

chuyên dùng

Tốt - cácmodul đượctiêu chuẩnhóa

Theo bảng so sánh, PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm làmcho nó trở thành bộ điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi.

Hiện nay, trên thị trường có nhiều loại PLC của nhiều hãng khác nhau như:Siemens, Mitsubishi, Schneider, Omron, Allen Bradley, Zen, Honeywell Trong đồ án của mình, Em sử dụng PLC S7-200 CPU 222 loại AC/DC/RELAYcủa hãng Siemens hiện có trong phòng thực hành của Khoa để lập trình điềukhiển mô hình của mình

2.1.2 rơ le trung gian:

Dùng điều khiển đóng cắt động cơ và các van điện từ khí nén,

2.2 panel điều khiển:

Bao gồm hệ thống nút nhấn điều khiển và đèn báo, được dùng đển điềukhiển khởi động và dường hệ thống cũng như thông báo cho người điều cáctrạng thái làm việc của các thiết bị

2.3 Hệ thống cảm biến:

Bao gồm các cảm biến quang dùng để cảm biến về sản phẩm

- Cảm biến cảm nhận có sản phẩm tại khâu cấp liệu

Cảm biến quang 4 dây,loai NPN,khoảng cách phát hiên vật 3 cm (khoảngcách này có thể điều chỉnh theo yêu cầu sử dụng).Cảm biến dùng để phát hiện

có hay không có sản phẩm ở vị trí bắt đầu để đưa tín hiệu về PLC

- Cảm biến có sản phẩm tại vị trí gắp:

Cấu tạo như cảm biến phần (b).Dùng để phát hiện vật đã đến vị trí tay gắpđưa tín hiệu về PLC để thực hiện quy trình gắp sản phẩm

- Cảm biến có sản phẩm tại vị trí đóng dấu:

Dùng loại cảm biến quang 3 dây.loai PNP,khoảng cách phát hiện vật 15cm

Có nhiệm vụ phát hiện vật vào vị trí đóng dấu,truyền tín hiệu vao PLC để thựchiện quy trình đóng dấu sản phẩm

- Cảm biến đếm số lượng sản phẩm

Sử dụng loại cảm biến như cảm biến phát hiện vật tại vị trí đóng dấu Làmnhiệm vụ nhận biết số sản phẩm đưa vào thùng chứa,đưa tín hiệu về PLC

2.4 Động cơ kéo :

a Động cơ kéo băng chuyền 1:

Động cơ 1 chiều,dùng nguồn 24 VDC.(Công suất và tốc độ quay của động

cơ có thể thây đổi tùy theo yêu cầu sử dụng) Làm nhiệm vụ kéo băng chuyền 1hoạt động theo chương trinh

b Động cơ đều khiển tay gắp:

Gồm 1 động cơ DC như động cơ kéo băng chuyền (1) , 1 bộ phận chuyểnđộng cơ khí được gắn liền với tay gắp.Làm nhiệm vụ điều khiển tay gắp quay

trái hoăc quay phải theo chương trình làm việc

c Động cơ kéo băng chuyền 2:

Sử dụng loại động cơ như động cơ ở băng chuyền (1)

2.5 Van điên từ :

Có nhiều loại van điện từ khác nhau và có công dụng khác nhau ở mô hìnhnày sử dụng van điện từ 5/2 Van điện từ có nhiệm vụ chuyển đổi trạng thái cấpkhí nhằm thay đổi trạng thái làm việc của cơ cấu xilanh phù hợp với yêu cầu của

hệ thống

Bao gồm van điện từ điều khiển:

- Bộ đẩy sản phẩm

- Bộ gắp sản phẩm

trong hệ thống

b.Bộ lọc:

Bộ lọc cũng chiếm vai trò rất quan trọng trong hệ thống cấp khí.Bộ lọc cónhiệm vụ loc tạp chất trong khí như bụi,dầu,nước,… Để khí đưa vào xilanh làkhí sạch nhằm đảm bảo độ làm viêc tối ưu va độ bền cho các cơ cấu xilanh

3.2 Hê thống điều khiển khí nén:

Có nhiều loại van điện từ khác nhau và có công dụng khác nhau ở mô hìnhnày sử dụng van điện từ 5/2 Van điện từ có nhiệm vụ chuyển đổi trạng thái cấpkhí nhằm thây đổi trạng thái làm việc của cơ cấu xilanh phù hợp với yêu cầu của

hệ thống

III Nguyên lý hoạt động của mô hình:

1 Sơ đồ mạch điện điều khiển

2 Sơ đồ mạch điện động lực:

3 Chương trình điều khiển PLC:

3.1 Chọn đầu vào, ra:

3.2.Chương trình điều khiển

4 Nguyên lý hoạt động

a Để hệ thống có thể hoạt động phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Ấn on(I0.1) hệ thống chuyển sang chế độ sẳn sàng làm việc

- Đầu tiên,nếu tay gắp không ở vị trí sẳn sàng làm viêc,tức là công tắc hànhtrình HT1(I0.6) chưa bị tác động thì tay gắp tự động quay về vị trí sẳn sàng làmviêc

- Điều kiện thứ 2 để hệ thống hoạt động là phải có sản phẩm ở vị trí bắtđầu.tức là cảm biến CB1(I0.2) có tín hiệu đầu vào

- Khi thỏa mảng 2 yêu cầu trên thì hệ thống bắt đầu làm việc

b.Quy trình làm việc của hệ thống:

- Ấn ON(I0.1)

- CB1(I0.2) tác động đưa tín hiệu về PLC Động cơ kéo băng tải 1(Q0.5)hoạt động.sau 2s xilanh đẩy sản phẩm(Q0.0) đẩy sản phẩm vào băng tải,2s tiếptheo xilanh đẩy sản phẩm tự động rút về

- Khi băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí tay gắp thì cảm biếnCB2(q0.3) tác động đưa tín hiệu về PLC, động cơ kéo băng tải 1 dừng hoạtđộng.2s sau bộ phận tay gắp hạ xuống vị trí sản phẩm.2s tiếp theo tay gắp thựchuện quá trình gắp,2s tiếp theo tay gắp nâng lên.2s tiếp theo tay gắp quay sangphải(q1.2) đến khi gạt vào công tắc hành trinh HT2(I0.7) thi dừng lại

- Khi HT2 tác động đưa tín hiệu về PLC thì tay gắp bắt đầu quy trình thả sảnphẩm.HT2 tac động sau 2s thì tay gắp hạ xuông.2s tiếp theo tay gắp thực hiệnthả sản phẩm lên băng chuyền đóng dấu sản phẩm.2s tiếp theo tay gắp tự độngquay về vị trí sẳn sàng gắp sản phẩm đến khi tác động vào HT1(i0.6) thì dừng

“Chú ý khi tay gắp chưa quay về vị trị sẳn sàng gắp sản phẩm thì động cơ kéo băng chuyền 1 và xilanh đẩy sản phẩm không được hoạt động” Đồng thời lúc

này động cơ kéo băng chuyền đóng dấu hoạt động đưa sản phẩm vào vị trí đóngdấu

- Khi sản phẩm vào vị trí đóng dấu thi cảm biến CB3(I0.4) tác động đưa tínhiệu về PLC để thực hiện quy trình đóng dấu sản phẩm khi CB3 tác động,động

cơ kéo băng chuyền đóng dấu sản phẩm dừng hoat đông Sau 2s bộ phận kẹp sảnphẩm bắt đầu làm việc 2s tiếp theo bộ phận đóng dấu sản phẩm hoạt động trongvòng 2s thì dừng 2s tiếp theo bộ phận kẹp sản phẩm cũng dừng hoạt động khi

quy trình đóng dấu kết thúc thì 2s sau động cơ kéo băng chuyền đóng dấu tiếptục hoạt động để đưa sản phẩm vào thùng chứa.

- Cảm biến CB4(I0.5) có nhiệm vụ phát hiện sản phẩm được đưa vàothùng,gửi tín hiệu về PLC để thực hiện đếm Ta sử dụng bộ đếm CTU(C1) trongPLC để làm nhiệm vụ đếm sản phẩm

- Khi đếm đủ số sản phẩm mà người lập trình cài đặt thì toàn bộ hệ thốngdừng làm việc Để bắt đầu cho hệ thống làm viêc trở lại thì ta nhấn ON

- Trong quá trình hệ thống làm việc,người điều khiển muốn dừng hệ thống

thì nhấn OFF(I0.0) “Ở phần dừng hệ thống ta có thể bỏ qua nút nhấn OFF thay vào đó là sử dụng bộ đếm C2 cho nút ON Khi ấn ON lần 2 thì dừng hệ thống”

- Thực hành lắp đặt các hệ thống truyền động cơ khí - điện

- Thực hành xác định vị trí, lắp đặt đấu nối mạch điều khiển khí nén ứngdụng trong mô hình

- Sửa chữa, thay thế xi lanh, van điện từ và các thiết bị tiết lưu trong mạchđiều khiển khí nén

* Vận dụng thực vào tiễn

- Lắp đặt hệ thống điều khiển điện khí nén trong các nhà máy sản xuất như

xi măng, nhà máy bia, nhà máy sửa, nhà máy gạch men…

- Lắp đặt trong các dây chuyền bốc dỡ hàng hóa…

- Lắp đặt sửa chữa trong các dây chuyền điều khiển tự động

2.Một số điều cần chú ý:

- Khi vận hành hệ thông ta phải vận hành hệ thống cấp khí trước,sau đó kiểmtra áp suất khí có đủ cung cấp cho các cơ cấu xilanh làm việc bình thường haykhông Nếu không đủ khí các cơ cấu xilanh sẽ hoạt động không đảm bảo dể gây

ra hư hỏng cho các phần tử trong hệ thông( Đặc biệt là bộ phận tay gắp sản phẩm)

- Khi cấp khí vào các cơ cấu xilanh phải đảm bảo khi sạch không chứa tạpchất Nếu khí không sạch sẽ làm hư hỏng xilanh,giảm khả năng hoạt động của

hệ thống Tốn chi phí để sửa chửa

- Khi hệ thống đang hoạt động không được tự ý tác động các cảm biến(Đặc biệt là cảm biến đếm sản phẩm) Nhằm tránh gây nhiểu tín hiệu đầu vao PLC

làm hệ thống hoạt động không đúng nguyên lý và còn có thể gây hỏng các phần

tử trong hệ thống

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

⍟⍟⍟⍟⍟

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG THI

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiên được đề tài này, nhóm chúng em muốn gửi lờicảm ơn đến ban giám hiệu nhà trường đã tạo điều kiện tối đa về cơ sở vật chấtcũng như kinh phí thực hiện đề tại

Chúng em xin cảm ơn các thầy cô giáo khoa Điện - Điện tử đã trang bị chochúng em các kiến thức thực tiễn trong 3 năm học tập tại trường để có thể thựchiện được mô hình nay

Chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo Nguyễn Đăng Lâm đã tận tìnhhướng dẫn giúp đỡ và tạo điều kiện dẩn để chúng em có thể thực hiện và hoànthành đề tài này Và mong rằng nhà trường sẻ tạo điều kiện nhiều hơn nữa đểcác em học sinh, sinh viên của trường có thể thực hiện các ý tưởng ngay khi cònngồi trên ghế nhà trường

Mô hình tuy còn những thiếu xót nhưng đó là nỗ lực khẳng định kiến thức

và kỹ năng của chúng em trong quá trình học tập, rất mong quý thầy cô và hộiđồng giám khảo đóng góp để chúng em hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!