xây dựng mô hình dây chuyền đếm số lượng sản phẩm và vận chuyển sản phẩm vào thùng

Lời mở đầu Hiện tay trong công nghiệp hiện đại hóa đất nước,yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuấtyêu cầu điều khiển tự động linh hoạt, tiện lợ

MỤC LỤC

Chương 1 3

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN ĐỒ 3

TỔNG HỢP MẠCH LOGIC TUẦN TỰ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẰNG GRAFCET 5

2.1 Phương pháp GRAFCET 5

2.1.1 Đ nh nghĩa.ị 5

2.1.2 Các ký hiệu và cách xác định hàm lôgíc điều khiển của các trạng thái 6

2.1.4 Các dạng mạch đặc biệt 7

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 16

3.2 Xây dựng hệ điều khiển 18

Chương 4 26

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 26

KẾT LUẬN 30

TÀI LIỆU THAM KHẢO 31

Lời mở đầu

Hiện tay trong công nghiệp hiện đại hóa đất nước,yêu cầu ứng dụng tự động hóa 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 loạt thiết bị điều khiển khả trình PLC.

Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được một 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 Trong đó không thể thiếu dây truyền vận chuyển và đóng hộp sản phẩm Dây truyền sản xuất PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội Qua bài tập đồ án 2 này em sẽ giới thiệu về lập trình PLC và ứng dụng của nó vào sản xuất vận chuyển đóng hộp.

Với đề tài của nhóm” xây dựng mô hình dây chuyền đếm số lượng sản phẩm

và vận chuyển sản phẩm vào thùng” do Ths Đỗ Trọng Hiếu hướng dẫn.

Ch ươ ng 1

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống vận chuyển đồ và cho vào hộp

Hiện nay với quá trình phát triển của các ngành công nghiệp sản xuất, năng suất được nâng lên nhiều lần Nhu cầu vận chuyển sản phẩm trong các nhà máy hay phân xưởng là rất lớn Với các yêu cầu vận chuyển sản phẩm với số lượng lớn,

độ chính xác cao và đảm bảo năng suất.

Sơ đồ hệ thống vận chuyển đồ vào hộp

1.2 Quá trình công nghệ

 Trạng thái ban đầu các xylanh thu về,van chân không ngắt,bang tải dừng,hệ thốngcho phép vận chuyển và sắp xếp lại chiều của các hộp sản phẩm từ băng tải 1 sangbăng tải 2.Lần lượt các hộp sản phẩm được đưa vào thùng trên băng tải 2

 Sau khi nhấn nút Start thì hệ thống bắt đầu hoạt động Băng tải 1 hoạt động.Khicảm biến 1B1 nhận biết có 4 hộp sản phẩm đi qua thì xylanh 1A1 đi ra để chặn cáchộp phía sau lại Sau khi 1A1 đã ra được 2s thì xylanh 4A1 đi xuống,khi tới cuốihành trình thì van chân không 2A1 mở.Khi relay áp suất KA tác động(nhận biết cóchân không) thì xylanh 4A1 thu về Khi 4A1 đã thu về tới cuối hành trình thìxylanh 3A1 xoay phải rồi xylanh trượt 5A1 di chuyển sang phải, tới cuối hànhtrình thì xylanh 4A1 duỗi ra sau đó van chân không ngắt 0,5s sau xylanh 4A1 thu

về Tới cuối hành trình thì 5A1 thu về và băng tải 2 hoạt động cho tới khi cảm biến2B1 nhận biết thùng đã đi vào đúng vị trí thì dừng Xylanh 1A1 thu về để tiếp tụccho các hộp tiếp theo đi vào vị trí, chu trình cứ lặp lại như vậy.Hệ thống sẽ dừngkhi nhấn Stop

 Hệ thống này có khả năng đếm tổng số trai đã vận chuyển trong từng giờ làm vàtheo từng ca làm việc(chỉ cần viết cho 1 ca sản xuất,biết nhà máy làm việc 3 catrong 1 ngày,mỗi ca 8 tiếng Ca A từ 6h00 đến 13h59,ca B từ 14h00 đến 21h59,ca

C từ 22h00 đến 5h59.)

Chương 2 TỔNG HỢP MẠCH LOGIC TUẦN TỰ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẰNG GRAFCET

2.1.1 Đ nh nghĩa ị

Grafcet,vi t t t c a ti ng Pháp”Graphe fonctionnel de commande estape ế ắ ủ ế

transition”,là m t đ hình ch c năng cho phép mô t các tr ng thái làm vi c c a h ộ ồ ứ ả ạ ệ ủ ệ

th ng và bi u di n quá trình đi u khi n v i các tr ng thái chuy n bi n t tr ng ố ể ễ ề ể ớ ạ ể ế ừ ạthái này sang tr ng thái khác.Nó là m t graph đ nh hạ ộ ị ướng và được xác đ nh b i các ị ở

ph n t sauầ ử

G:={E,T,A,M}

Trong đó :

E={E1,E2, ,Em} là t p h u h n các tr ng thái(giai đo n c a h th ng).M tậ ữ ạ ạ ạ ủ ệ ố ộ

tr ng thái có hai kh năng kh năng là ho t đ ng(tích c c) và không ho tạ ả ả ạ ộ ự ạ

đ ng(không tích c c).ộ ự

T={t1,t2,…,tp} là t p h u h n các chuy n ti p(chuy n tr ng thái) Đi u ki nậ ữ ạ ể ế ể ạ ề ệlogic g n v i m t chuy n ti p đắ ớ ộ ể ế ược g i là đi u ki n chuy n ti p hay “ti pọ ề ệ ể ế ế

nh n”.Gi a hai tr ng thái luôn luôn t n t i m t chuy n ti p.ậ ữ ạ ồ ạ ộ ể ế

A={a1,a2, ,an} là t p các cung đ nh hậ ị ướng n i gi a m t trang thái v i môtố ữ ộ ớchuy n ti p ho c gi a m t chuy n ti p v i m t tr ng thái.ể ế ặ ữ ộ ể ế ớ ộ ạ

M={m1,m2,…,mm} là t p các giá tr 0 và 1.N u mậ ị ế i=1 thì tr ng thái i là ho tạ ạ

đ ng,n u mộ ế i=0 thì tr ng thái i là không ho t đ ng.ạ ạ ộ

2.1.2 Các ký hi u và cách xác đ nh hàm lôgíc đi u khi n c a các tr ng thái ệ ị ề ể ủ ạ

- Bi u di n: Dùng các ô hình ch nh t ch m t tr ng thái nào đó Dùng m tể ễ ữ ậ ỉ ộ ạ ộmũi tên đ ch t tr ng thái này sang tr ng thía kia Khi chuy n t tr ng thái nàyể ỉ ừ ạ ạ ể ừ ạsang tr ng thái khác thì tr ng thái sau sẽ ph đ nh tr ng thái trạ ạ ủ ị ạ ước và có đi u ki n.ề ệ

- Ký hi u l u đ :ệ ư ồ

Ta ký hi u tác nhân kích thích th i là aệ ứ i , tín hi u ra c a tr ng thái th i là Sệ ủ ạ ứ ithì ta có công th c t ng quá xác đ nh hàm đi u khi n c a tr ng thái th i là :ứ ổ ị ề ể ủ ạ ứ

Si+ = ai.Si-1

Si- = Si+1

Trong đó : Si+ là hàm đi u khi n đ tr ng thái i làm vi c.ề ể ể ạ ệ

Si- là hàm đi u khi n đ tr ng thái i ngh vi c.ề ể ể ạ ỉ ệ

Si-1 và Si+1 là tín hi u ra tệ ương ng c a tr ng thái i-1 và i+1.ứ ủ ạ

T công th c c a hàm lôgíc đi u khi n ta xây d ng đừ ứ ủ ề ể ự ược thi t b th c hi nế ị ự ệ

s đ đi u khi n b ng phơ ồ ề ể ằ ương pháp Grafcet Người ta g i là ph n t môdul tr ngọ ầ ử ạthái :

Đây là ph n t nh hai tr ng thái có m t đ u ra và hai đ u vào ( Sầ ử ớ ạ ộ ầ ầ i+ g i là tínọ

Phương trình tr ng thái t i nút m ng là:ạ ạ ạ

Si- = Si+1 + Si+2 + Si+3

S+ i+1 = ai+1.Si

S+ i+2 = ai+2.Si

S+ i+3 = ai+3.Si

-S+ i+4 = ai+1.Si+1 + ai+2.Si+2 + ai+3.Si+3

- M ch h i t “VÀ’’ạ ộ ụ

Quá trình mà nhi u đề ường h i t thành m t độ ụ ộ ường nh ng ch x y ra đ ngư ỉ ả ồ

th i g i là m ch h i t “VÀ’’.ờ ọ ạ ộ ụ

Phương trình tr ng thái t i nút m ng:ạ ạ ạ

S i+1 = S- i+2 = S- i+3 = Si+4

-S+ i+4 = ai+1.ai+2.ai+3.Si+1.Si+2.Si+3

i+2 = S+

i+3 = ai+1.ai+2.ai+3.Si

2.2 Thiết kế hệ thống vận chuyển đồ bằng GRAFCET

2.2.1 Lập bảng Grafcet 1

Grafcet cho hệ thống vận chuyển đồ

2.2.2 Lập bảng Grafcet 2

-Bảng thay thế các chữ viết mô tả Grafcet

- Thay thế các chữ viết mô tả Grafcet bằng các ký hiệu:

m là nút ấn khởi động

1A1+ : hành trình đưa xilanh 1A1 đi ra

1A1- : hành trình đưa xilanh 1A1 kéo về

2A1+ : van chân không 2A1 mở

2A1- : van chân không 2A1 ngắt

3A1+ : hành trình đưa xilanh 3A1 xoay phải

3A1- : hành trình đưa xilanh 3A1 xoay về

4A1+ : hành trình đưa xilanh 4A1 đi xuống

4A1- : hành trình đưa xilanh 4A1 đi lên

5A1+ : hành trình đưa xilanh 5A1 sang phải

5A1- : hành trình đưa xilanh 5A1 sang trái

1a0, 1a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 1A12a0, 2a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 2A13a0, 3a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 3A14a0, 4a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 4A15a0, 5a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 5A11B1 là cảm biến nhận biết có 4 hộp sản phẩm

KA là role áp suất nhận biết đã có chân không2B1 là cảm biến nhận biết thùng đã vào đúng vị trí

2.3 Phương trình hàm điều khiển

Từ phương trình trạng thái ta có mạch nguyên lý điều khiển như sau:

Ch ươ ng 3: TÍNH TOÁN THI T B Ế Ị 3.1 Xây dựng hệ truyền động khí nén

Yêu cầu hệ truyền động khí nén: xây dựng hệ truyền động đáp ứng nhu cầu vậnchuyển sản phẩm, tránh để làm hỏng hay đổ vỡ sản phẩm, đảm bảo chất lượng sản phẩm

và độ ổn định của mô hình

3.1.1 Lựa chọn xylanh

- Mô hình cần sử dụng 5 xylanh để vận chuyển sản phẩm trong quá trình đóng hộp, nên

có thể chon xylanh theo các thông số đặc điểm:

- Môi trường hoạt động của xylanh trong phòng thí nghiệm

- Tần suất hoạt động của xylanh không cao

- Lực rút, đẩy xylanh đủ đẩy hộp

- Chiều dài hành trình 10mm đáp ứng bản thiết kế

- Dải áp suất hoạt động của xylanh phù hợp với nguồn cấp khí nén thôngthường 1-10bar

Với yêu cầu không quá cao của mô hình, chọn xylanh hãng AIRTAC CYLINDER

Chiều dài piston 100mm

3.1.2 Van tiết lưu – Van phân phối

Van tiết lưu:

Khi lựa chọn khối điều khiển tốc độ thì cẩn phải đảm bảo rằng lưu lượng khí lớn nhất qua

nó không được nhỏ hơn lưu lượng khí lớn nhất qua van phân phối Ta phải chọn bộ điềuchỉnh tốc độ sao cho nó cho phép một lưu lượng khí cần thiết đủ để điều chỉnh xungquanh mức lưu lượng khí yêu cầu Trông mô hình sử dụng 4 van tiết lưu cho 2 xylanh

Van phân phối:

Theo yêu cầu công nghệ xử dụng 2 xylanh nên ta sẽ chọn 2 van phân phối điều khiểnbằng điện 24v loại 5/2 điều khiển 2 phía Trong phòng thí nghiệm, áp suất máy nén khí làP=8Bar nên ta chọn van điện 24v có áp suất nằm trong khoảng từ 0.15MPa ÷0.8MPa làhợp lý

3.2 Xây dựng hệ điều khiển

3.2.1 Khối cơ cấu chấp hành.

Với cơ cấu chấp hành đơn giản ta có thể chon relay trung gian làm cơ cấu điều khiển trực tiếp cho các thiết bị này.

Relay trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động Đặc điểm của relay trung gian là số lượng tiếp điểm lớn, với khả năng chuyển mạch lớn và công suất nuôi cuộn dây nhỏ nên được dùng

để truyền và khuếch đại tín hiệu, hoặc chia tín hiệu của relay chính đến nhiều bộ phận khác nhau của mạch điều hiển và bảo vệ.

 Nguyên lý làm việc của relay trung gian như sau:

Nếu cuộn dây của relay được cấp điện áp định mức ( qua tiếp điểm của relay chính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra sẽ tạo ra trong mạch

từ từ thông, hút các nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp điểm thường đóng mở ra Khi cắt dòng điện của cuộn dây, lò xo nhả sẽ đưa nắp và các tiếp điểm về vị trí ban đầu, Do dòng điện qua tiếp điểm nhỏ(5A) nên hồ quang khi chuyển mạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang.

Relay trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 4 cặp thườn đóng và thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250 VAC, 280 VDC, hệ

số nhả của relay nhỏ hơn 0,4; thời gian tác động 0,05s; tuổi thọ tiếp điểm đạt 106 ±

107 lần đóng cắt, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/h.

 Các thông số kỹ thuật và lựa chọn relay trung gian.

Dòng điện định mức trên relay trung gian là dòng điện lớn nhất cho phép các relay làm việc trong thời gian dài mà không bị hư hỏng Khi chọn relay trung gian thì dòng điện định mức của nó không được nhỏ hơn dòng tính toán của phụ tải.

Điện áp định mức cấp cho cuộn hút của relay là mức điện áp mà khi đó relay sẽ hoạt động Điện áp này phải phù hợp với bộ điều khiển PLC nên điện áp cuộn hút là 24 VDC

Chọn Relay trung gian Schneider RXM4LB2B7

- Các thông số của RXM4LB2B7:

• Điện áp cuộn dây: 24 VDC có LED báo hiển thị.

• Nhà cung cấp : Cty TNHH MTV SX TM Điện Thành Vinh.

• Thông số của tiếp điểm: 3A – 24VDC.

• Tuổi thọ cơ khí : 10 triệu lần đóng cắt.

3.2.2 Khối vào/ra (I/0)

a)Cảm biến dùng trong hệ thống

a.1) Cảm biến tiệm cận

CẢM BIẾN TIỆM CẬN LJ18A3ỨNG DỤNG:

-Phát hiện kim loại ở khoảng cách gần từ 0-8mm

a.2) Cảm biến màu sắc

b) Nút nh n Start/Stop ấ

Thông số kỹ thuật công tắc hành trình ZĐiện áp: 30-480 VAC

Dòng: 0.1-15ATần số đóng/cắt điện: 20 lần/phútTần số đóng/cắt cơ khí: 240 lần/phútNhiệt độ làm việc: -25 đến 80 độ Cc) Van chân không

- Độ chân không max: -26.5 inHg (-90kPa)

- Lưu lượng dòng chảy: 3 scfm (85 Nl/min)

- Nguồn khí cung cấp: 43~87 psi, max 101.5psi (4~6bar, max7bar)

- Lưu lượng khí tiêu thụ: 0.7 ~1.13 scfm (20~32 Nl/min)

- Kiểu khí cung cấp: khí khô

- Nhiệt độ làm việc : -4˙F ~ 176˙F

3.2.4 Khối xử lý trung tâm

Sử dụng PLC làm khối xử lý trung tâm để điều khiển hệ thống

Yêu cầu:

- Đầu vào: tối thiểu 8 đầu vào số

- Đầu ra: tối thiểu 6 đầu ra số

- Điều khiển hoạt động của hệ thống mô hình

Với yêu cầu hệ thống của mô hình không quá phức tạp ta lựa chọn PLC Rockwell compact Logix L32E có sẵn trong phòng thí nghiệm đáp ứng yêu cầu kỹ thuật.

PLC Rockwell compact Logix L32E: 32 đầu vào số, 32 đầu ra số.

Hình 3.14 PLC Rockwell compact Logix L32E

Ch ươ ng 4

4.1 Yêu cầu công nghệ của hệ thống

4.2 Sơ đồ mạch động lực và sơ đồ mạch điều khiển 4.2.1 Sơ đồ mạch lực

4.2.2 Sơ đồ đấu dây mạch điều khiển

4.3 Chương trình PLC

K T LU N Ế Ậ

Sau thời gian làm đồ án 2, dưới sự hướng dẫn tần tình của Ths Đỗ Trọng Hiếu ,đến nay chúng em đã hoàn thành đồ án của mình, nội dung chính của đồ án bao gồm :

 Tìm hiểu quy trình công nghệ

 Tìm hiểu về các hệ thống thiết bị điện – khí nén để xây dựng nên mô hình.Phần thiết kế thi công:

 Xây dụng sơ đồ khối

 Xây dựng sơ đồ GRAFCET

 Xây dựng sơ đồ điện và khí nén điều khiển

 Viết chương trình điều khiển

Đồ án được trình bày theo dạng mô hình mô phỏng Nên trong quá trình thực hiệnkhông tránh khỏi những sai sót Mong rằng đồ án này sẽ được các bạn sinh viên khóa sautiếp tục nghiên cứu và khắc phục những mặt hạn chế của đề tài để tạo Em xin chânthành cảm ơn

Hà Nội, ngày 13 tháng 01 năm 2018 Sinh viên thực hiện

TÀI LI U THAM KH O Ệ Ả