PLC được sử dụng để điều khiển nhiều dây chuyền sản xuất lớn nhỏ. Hệ thống gập phôi tự động là một trong số những ứng dụng đó. Xuất phát từ những hệ thống thực tế và các nguồn tài liệu tham khảo, chúng em xin phép được trình bày những tìm hiểu của mình về hệ thống gập phôi tự động sử dụng PLC S71500 trong bài báo cáo dưới đây.
Trang 1Đề tài : Thiết kế hệ thống điều khiển cho công nghệ bẻ
đai sắt
sử dụng PLC S7-1500
Trang 2MỤC LỤC
Nội dung
LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined.
LỜI MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG 1 MÔ TẢ CÔNG NGHỆ, HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY 5
1.1 Sơ đồ công nghệ 5
1.2 Nguyên lý hoạt động 5
CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ 6
2.1 Sơ đồ khối hệ thống 6
2.2 Liệt kê và lựa chọn thiết bị 6
CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 13
3.1 Sơ đồ nguyên lý 13
3.2 Sơ đồ lắp ráp 14
CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 15
4.1 Chương trình PLC 15
4.2 Mô phỏng bằng phần mềm Festo Fluidsim 20
KẾT LUẬN 23
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 23
Trang 3DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống gập phôi tự động 5
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của các xy lanh và cảm biến 5
Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống 6
Hình 2.2 Xy lanh B và C 8
Hình 2.3 Xy lanh kẹp A 8
Hình 2.4 Van phân phối 5/3 8
Hình 2.5 Van phân phối 3/2 9
Hình 2.6 Plug Socket 9
Hình 2.7 Cảm biến tiệm cận điện dung 9
Hình 2.8 Bộ nguồn 24VDC 10
Hình 2.9 Aptomat 220VAC 10
Hình 2.10 Aptomat 24VDC 10
Hình 2.11 Relay Trung gian 11
Hình 2.12 PLC S7-1500 11
Hình 2.13 Nút bấm điều khiển 11
Hình 2.14 Nút dừng khẩn cấp 12
Hình 2.15 Đèn báo trạng thái 12
Hình 2.16 Nút gạt chuyển chế độ 12
Hình 2.17 Tủ điện 13
Hình 4.1 Chương trình Ladder của hệ thống 17
Hình 4.2 Một số trạng thái mô phỏng 19
Hình 4.3 Phần mềm Festo Didactic EzOPC 20
Hình 4.4 Danh sách các đầu vào/ra của PLC 21
Hình 4.5 Một số hình ảnh mô phỏng của hệ thống 22
Trang 4
LỜI MỞ ĐẦU
Nền công nghiệp thế giới đang trên đà phát triển ngày càng cao, trong đó vấn đề tự động điều khiển được đặt lên hàng đầu trong quá trình nghiên cứu cũng như ứng dụng công nghệ mới vào trong sản xuất Nó đòi hỏi khả năng xử lý, mức độ hoàn hảo, sự chính xác của hệ thống sản xuất ngày một cao hơn, để có thể đáp ứng được nhu cầu về số lượng, chất lượng, thẩm mỹ ngày càng cao của xã hội
Sự xuất hiện của máy tính vào những năm đầu thập niên 60 đã hỗ trợ con người làm việc hiệu quả hơn trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, v.v… Với sự đòi hỏi của con người, nhiều thiết bị, phần mềm chuyên dụng có tính năng ưu việt hơn đã được
ra đời Một trong những thiết bị đó là PLC Với khả năng ứng dụng và các ưu điểm nổi bật, PLC ngày càng thâm nhập sâu rộng vào nền công nghiệp sản xuất
PLC được sử dụng để điều khiển nhiều dây chuyền sản xuất lớn nhỏ Hệ thống gập phôi tự động là một trong số những ứng dụng đó Xuất phát từ những hệ thống thực tế và các nguồn tài liệu tham khảo, chúng em xin phép được trình bày những tìm hiểu của mình
về hệ thống gập phôi tự động sử dụng PLC S7-1500 trong bài báo cáo dưới đây
Trang 5CHƯƠNG 1 MÔ TẢ CÔNG NGHỆ, HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY
1.1 Sơ đồ công nghệ
Ta có sơ đồ công nghệ sau:
Cơ cấu trên làm nhiệm vụ bẻ gập phôi như hình vẽ trên, trong đó:
- Cơ cấu A : Là pitton tự phục hồi thực hiện việc kẹp giữ phôi cố định vào vị trí gập
- Cơ cấu B : Là pitton được gắn một cơ cấu cơ khí thực hiện việc bẻ gập phôi lần thứ nhất
- Cơ cấu C : Là pitton tương tự cơ cấu B, thực hiện việc bẻ gập phôi lần thứ 2 1.2 Nguyên lý hoạt động
Từ sơ đồ công nghệ đã cho ta tổng hợp được sơ đồ điều khiển như sau :
Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ hệ thống gập phôi tự động
Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của các xy
lanh và cảm biến
Trang 6Máy gập phôi được sử dụng để bẻ gập phôi 90 độ 2 lần Khi sản phẩm được cơ cấu trước đó đưa vào đúng vị trí, cảm biến m phát ra tín hiệu báo phôi đã sẵn sàng Pitton A được đặt thẳng đứng vuông góc với phôi Cơ cấu dịch chuyển A làm cho Pitton A chuyển động xuống dưới ( A+ được thực hiện ) cho đến khi tiếp xúc với tiếp điểm a0, đồng thời kẹp giữ chặt phôi
Pitton B cũng được đặt vuông góc với phôi Khi phôi đã được kẹp ( a0 phát tín hiệu ), pitton B bắt đầu đi xuống ( B+ được thực hiện ) để gập phôi lần thứ nhất Sau khi gập xong, pitton B tác động vào tiếp điểm b1 thông báo quá trình gập lần thứ nhất đã kết thúc và đưa pitton B đi lên ( B- được thực hiện )
Khi pitton B đi lên và chạm vào tiếp điểm b0, pitton C đặt song song và bên phải phôi sẽ thực hiện đi sang trái để gập phôi lần thứ hai ( C+ được thực hiện ) Khi pitton C chạm vào tiếp điểm c1 thông báo đã gập xong lần 2, pitton C thu về cho đến khi chạm tiếp điểm c0 Lúc này pitton A nhả phôi ra và tự thu về Phôi được đưa ra bởi mội cơ cấu khác Quá trình trên tiếp tục lặp lại khi cảm biến m tiếp tục phát hiện có phôi sẵn sàng và dừng lại khi có lệnh điều khiển dừng máy
CHƯƠNG 2 SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
2.1 Sơ đồ khối hệ thống
Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống
2.2 Liệt kê và lựa chọn thiết bị
2.2.1 Cấu trúc của hệ thống truyền động khí nén
Các thành phần trong hệ truyền động khí nén dù đơn giản hay phức tạp đều chia thành 4 nhóm cơ bản:
o Nhóm cung cấp năng lượng gồm các thiết bị cung cấp không khí nén, máy nén, bình chứa, bộ điều tiết áp suất, các thiết bị xử lý khí nén ( bộ lọc, bộ sấy)
o Nhóm các phần tử nhập gồm van điều khiển hướng, chuyển mạch giới hạn, nút nhấn, các cảm biến
o Nhóm các phần tử xử lý: van điều khiển hướng, phần tử logic
o Nhóm các phần tử điều khiển sau cùng và phần tử tác động
Trang 7Các phần tử trong hệ thống được biểu diễn bằng các ký hiệu, các ký hiệu này thể hiện chức năng của phần tử Sự kết hợp các phần tử khí nén theo logic sẽ thực hiện các chức năng điều khiển theo yêu cầu, tương ứng là sự kết hợp các ký hiệu của các phần tử sẽ tạo nên sơ đồ mạch của hệ thống
2.2.2 Các ưu nhược điểm của hệ thống truyền động khí nén:
- Ưu điểm
o Không khí có sẵn trong tự nhiên và không giới hạn về số lượng
o Không khí có ththể truruyền tải dễ dàng trorong các đường ống ngay cả khi khoảng cách truyền tải lớn
o Không khí nén có thể lưu trữ được trong bình chứa và lấy ra sử dụng khi cần thiết vì vậy máy nén không cần làm việc liên tục Ngoài ra bình chứa có thể
di chuyển đến nhiều nơi khi có yêu cầu
o Không khí nén tương đối nhạy cảm với sự dao động của nhiệt độ Điều này làm cho sự hoạt động của hệ thống trở nên đáng tin cậy mặc dù ở những điều kiện làm việc khắc nghiệt
o Không khí nén không bôi trtrơn là không khí sạsạch, vì vậy không khí nén không bôi trơn nếu bị rò rỉ ở các bộ phận hoặc đường ống sẽ không gây ô nhiễm Điều này rất quan trọng đối với hệ thống khí nén dùng trong các thiết
o Tốc độ của pitton trong xi lanh khí nén không phải luôn là hằng số
o Hệ thống khí nén chỉ có tính kinh tế khi làm việc ở hệ thống yêu cầu lực xác định Lực tác động của các phần tử tác động phụ thuộc rất lớn vào áp suất cũng như hành trình và tốc độ của pittong
o Không khí nén thoát ra gây tiếng ồn lớn Tuy nhiên ngày nay vấn đề này được giải quyết 1 cách dễ dàng nhờ các bộ giảm âm làm việc hiệu qủa
o Phương tiện truyền tải không khí nén có gía thành tương đối cao Điều này được bù trừ với giá thiết bị khí nén khác rẻ và đặc tính kỹ thuật cao
Trang 8• Áp suất hoạt động : 2 – 10 bar
• Kiểu van kết nối : G1/8”
• Loại : Tự phục hồi
• Đường dẫn :
piston-32-mm-stroke-25-
https://www.landefeld.com/artikel/en/iso-21287-cylinders-single-acting-mm/SFSBS%2032/25?param_1=%5b%7b%22artnr%22%3a%22AEN%2d32%2d25%2dI%2dP%2dA%22%2c%22typ%22%3a%22fremd%22
b) Chọn van phân phối
- Ta cần chọn van phân phối có điều khiển khí nén Ta chọn 2 van phân phối 5/3 cho 2 xylanh gập :
• Nhãn hiệu : F7-1C1
VUVS-L20-P53E-MD-G18-• Điện áp điều khiển : 24VDC
• Chức năng van: 5/3
• Đường kính van: 21mm
• Áp suất hoạt động: 2.5 – 10 bar
• Kiểu van kết nối (cả 5 cửa): G1/8”
• Tốc độ dòng chảy tiêu chuẩn: 600l/p
Hình 2.2 Xy lanh B và C
Hình 2.3 Xy lanh kẹp A
Hình 2.4 Van phân phối 5/3
Trang 9• Đường dẫn :g18-f7-1c1-575266-solenoid-valve/OT-
https://www.landefeld.com/artikel/en/vuvs-l20-p53e-md-FESTO050628?param_1=%5b%7b%22artnr%22%3a%22VUVS%2dL20%2dP53E%2dMD%2dG18%2dF7%2d1C1%22%2c%22typ%22%3a%
- Van 3/2 cho module kẹp :
• Nhãn hiệu : F7-1C1
VUVS-L20-M32C-MD-G18-• Điện áp điều khiển : 24VDC
• Chức năng van: 3/2 mono-stable
• Đường kính van: 21mm
• Áp suất hoạt động: 2.5 – 10 bar
• Kiểu van kết nối (cả 3 cửa): G1/8”
• Tốc độ dòng chảy tiêu chuẩn: 700l/p
• Đường dẫn :
575274-solenoid-valve/OT-
https://www.landefeld.com/artikel/en/vuvs-l20-m32c-md-g18-f7-1c1-FESTO050636?param_1=%5b%7b%22artnr%22%3a%22VUVS%2dL20%2dM32C%2dMD%2dG18%2dF7%2d1C1%22%2c%22typ%22%3a
c) Chọn cảm biến
Ta chọn 4 cảm biến tiệm cận gắn vào đầu 2 xilanh để phát hiện vị trí của pittong
Ta chọn cảm biến của hãng Schneider với các thông
số:
• Mã hiệu: XT118B1PAL2
• Kiểu : Cảm biến tiệm cận điện dung
• Loại: PNP
• Điện áp hoạt động: 24vdc
Hình 2.5 Van phân phối 3/2
Hình 2.6 Plug Socket
Hình 2.7 Cảm biến tiệm cận điện dung
Trang 10• Đường dẫn : https://www.se.com/vn/vi/product/XT118B1PAL2/capacitive-sensor -
https://dtech.vn/aptomat-chong Chọn 2 aptomat của ABB cho đường 24VDC có
thông số như sau:
Hình 2.10 Aptomat 24VDC
Trang 11- Ta chọn 8 relay trung gian của hãng Omron có
thông số như sau:
https://www.mouser.vn/ProductDetail/Omron-Automation-E?qs=Zz7%252BYVVL6bFZ1nZAQ9aVCQ%3D%3D&gclid=CjwKCAiA8ov_BRAoEiwAOZogwdZwIZqgPvibSO6z_LCMNKTH1JWxp-
- Ta chọn 7 nút nhấn nhả của hãng Siemens có thông số như sau :
• Nhãn hiệu : 3SB3500-0AA42 (3SB3 Series)
• Đường kính : 22mm
• Loại: Tròn, nhấn nhả
• Đường dẫn: online.com/web/p/push-button-heads/7429956/
https://my.rs-Hình 2.11 Relay Trung gian
Hình 2.12 PLC S7-1500
Hình 2.13 Nút bấm điều khiển
Trang 12- Chọn phím chuyển chế độ Auto-Manual có các thông số:
https://new.abb.com/products/1SFA611202H1006/m2ss3-10b-selector-Hình 2.14 Nút dừng khẩn cấp
Hình 2.15 Đèn báo trạng thái
Hình 2.16 Nút gạt chuyển chế độ
Trang 143.2 Sơ đồ lắp ráp
Sơ đồ lắp ráp tủ điện của hệ thống bao gồm 2 bản vẽ, được thể hiện như sau:
Trang 17Hình 4.1 Chương trình Ladder của hệ thống
Một số trạng thái mô phỏng của hệ thống sử dụng phần mềm TiaPortal V15.1 và PLCSIM V15.1
Trang 19Hình 4.2 Một số trạng thái mô phỏng
Trang 204.2 Mô phỏng bằng phần mềm Festo Fluidsim
Ta mô phỏng quá trình chuyển động của các xilanh dưới sự điều khiển của PLC thông qua phần mềm Festo Fluidsim Pneumatic-Hydraulic 4.2 Đây là phần mềm chuyên mô phỏng các cơ cấu thủy lực và khí nén Tải về và cài đặt tại đường dẫn :
Để kết nối chương trình điều khiển từ phần mềm TiaPortal V15.1, ta cần thêm 1 phần mềm trung gian có tên là Festo Didactic EzOPC của hãng Festo Phần mềm được tải trực tiếp từ trang chủ của Festo : https://www.festo-didactic.com/us-en/links-and-downloads/software/software-licences-trial-
Hình 4.3 Phần mềm Festo Didactic EzOPC
Sau khi kết nối thành công, ta có thể sử dụng phần mềm PLCSIM V15 để gửi các tín hiệu điều khiển đến khối FluidSIM In và FluidSIM Out của phần mềm Festo Fluidsim Từ
đó ta có thể sử dụng các linh kiện như xilanh, van phân phối, cuộn coil v.v… có sẵn trong phần mềm để xây dựng mạch mô phỏng Do phần mềm chỉ hỗ trợ PLC S7-300 nên ở đây
em xin thay thế PLC S7-1500 thành PLC S7-300, mọi chương trình và các thiết lập khác được giữ nguyên Sau khi thử nghiệm, các tín hiệu điều khiển đều cho ra kết quả chính xác, dưới đây là một số trạng thái của các xilanh tương ứng với các trạng thái khác nhau của hệ thống:
Trang 21Hình 4.4 Danh sách các đầu vào/ra của PLC
Trang 22Hình 4.5 Một số hình ảnh mô phỏng của hệ thống
Trang 23KẾT LUẬN
Thông qua quá trình tìm hiểu và mô phỏng lại hệ thống bẻ gập phôi tự động
sử dụng PLC S7-1500 ở trên, em đã thu thập thêm cho mình được nhiều kiến thức
vô cùng hữu ích như sử dụng tài liệu thiết bị của hãng, lựa chọn thiết bị, thiết kế mô phỏng một tủ điện hoàn chỉnh, sử dụng các phần mềm AutoCad Electrical, TiaPortal Tuy nhiên do trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bài báo cáo thực tập kĩ thuật này không thể tránh khỏi những thiếu sót, cách trình bày vẫn còn chưa khoa học, ngắn gọn, em rất mong được thầy và các bạn giúp đỡ để em có thể học hỏi thêm và hoàn thiện hơn Qua thời gian làm việc tích cực, có thể nói các chương trình do em viết
đã hoạt động chính xác và đề tài đã đáp ứng được cơ bản các yêu cầu đề ra
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1].Tài liệu tham khảo do TS Nguyễn Trí Cường cung cấp
