Tài liệu Xây dựng mô hình dây chuyền đếm số lượng sản phẩm và vận chuyển sản phẩm vào thùng

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. Định nghĩa............................................................................................................................. 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 1 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. 2 Chương 1 TỔNG QUAN VỀỀ HỆ THỐỐNG VẬN CHUYỂN ĐỐỀ 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 3 1.2. Quá trình công nghệ  Trạng thái ban đầu các xylanh thu về,van chân không ngắt,bang tải dừng,hệ thống cho phép vận chuyển và sắp xếp lại chiều của các hộp sản phẩm từ băng tải 1 sang băng 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.Khi cảm biến 1B1 nhận biết có 4 hộp sản phẩm đi qua thì xylanh 1A1 đi ra để chặn các hộp phía sau lại .Sau khi 1A1 đã ra được 2s thì xylanh 4A1 đi xuống,khi tới cuối hành trình thì van chân không 2A1 mở.Khi relay áp suất KA tác động(nhận biết có chân không) thì xylanh 4A1 thu về. Khi 4A1 đã thu về tới cuối hành trình thì xylanh 3A1 xoay phải rồi xylanh trượt 5A1 di chuyển sang phải, tới cuối hành trình 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 biến 2B1 nhận biết thùng đã đi vào đúng vị trí thì dừng. Xylanh 1A1 thu về để tiếp tục cho các hộp tiếp theo đi vào vị trí, chu trình cứ lặp lại như vậy.Hệ thống sẽ dừng khi nhấn Stop.  Hệ thống này có khả năng đếm tổng số trai đã vận chuyển trong từng giờ làm và theo từng ca làm việc(chỉ cần viết cho 1 ca sản xuất,biết nhà máy làm việc 3 ca trong 1 ngày,mỗi ca 8 tiếng. Ca A từ 6h00 đến 13h59,ca B từ 14h00 đến 21h59,ca C từ 22h00 đến 5h59.) 4 Chương 2 TỔNG HỢP MẠCH LOGIC TUẦN TỰ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẰNG GRAFCET 2.1. Phương pháp GRAFCET 2.1.1. Định nghĩa. Grafcet,viếết tắết của tiếếng Pháp”Graphe fonctionnel de commande estape transition”,là một đồồ hình chức nắng cho phép mồ tả các tr ạng thái làm vi ệc c ủa h ệ thồếng và biểu diếễn quá trình điếồu khiển với các trạng thái chuy ển biếến t ừ tr ạng thái này sang trạng thái khác.Nó là một graph định hướng và đ ược xác đ ịnh b ởi các phầồn tử sau G:={E,T,A,M} Trong đó : E={E1,E2,..,Em} là tập hữu hạn các trạng thái(giai đoạn c ủa h ệ thồếng).M ột tr ạng thái có hai khả nắng khả nắng là hoạt động(tích cực) và khồng ho ạt đ ộng(khồng tích cực). T={t1,t2,…,tp} là tập hữu hạn các chuyển tiếếp(chuy ển tr ạng thái). Điếồu ki ện logic gắến với một chuyển tiếếp được gọi là điếồu kiện chuy ển tiếếp hay “tiếếp nh ận”.Gi ữa hai trạng thái luồn luồn tồồn tại một chuy ển tiếếp. A={a1,a2,..,an} là tập các cung định hướng nồếi gi ữa m ột trang thái v ới mồt chuyển tiếếp hoặc giữa một chuyển tiếếp với một trạng thái. 5 M={m1,m2,…,mm} là tập các giá trị 0 và 1.Nếếu m i=1 thì trạng thái i là hoạt động,nếếu mi=0 thì trạng thái i là khồng hoạt động. 2.1.2. Các ký hiệu và cách xác định hàm lôgíc điềều khi ển c ủa các tr ạng thái - Biểu diếễn: Dùng các ồ hình chữ nhật chỉ một trạng thái nào đó. Dùng m ột mũi tến để chỉ từ trạng thái này sang trạng thía kia. Khi chuy ển t ừ tr ạng thái này sang trạng thái khác thì trạng thái sau seễ phủ định trạng thái tr ước và có điếồu ki ện. - Ký hiệu lưu đồồ: Ta ký hiệu tác nhần kích thích thứ i là a i , tín hiệu ra của trạng thái thứ i là Si thì ta có cồng thức tổng quá xác định hàm điếồu khiển của tr ạng thái th ứ i là : Si+ = ai.Si-1 Si- = Si+1 Trong đó : Si+ là hàm điếồu khiển để trạng thái i làm việc. Si- là hàm điếồu khiển để trạng thái i nghỉ việc. Si-1 và Si+1 là tín hiệu ra tương ứng của trạng thái i-1 và i+1. Từ cồng thức của hàm lồgíc điếồu khiển ta xầy d ựng được thiếết b ị th ực hi ện s ơ đồồ điếồu khiển bắồng phương pháp Grafcet. Người ta gọi là phầồn t ử mồdul trạng thái : 6 Đầy là phầồn tử nhớ hai trạng thái có m ột đầồu ra và hai đầồu vào ( S i+ gọi là tín hiệu ghi, Si- gọi là tín hiệu xoá). 2.1.3. Trình tự thiết kế của phương pháp GRAFCET 2.1.4. Các dạng mạch đặc biệt - Mạch phần kỳ “HOẶC’’ Quá trình một đường reễ thành nhiếồu đường nhưng xảy ra khồng đồồng th ời g ọi là mạch phần kỳ “HOẶC’’. Ký hiệu mạch: Phương trình trạng thái tại nút mạng là: 7 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 - Mạch hội tụ “HOẶC’’ Quá trình mà nhiếồu đường hội tụ với nhau thành m ột đường nh ưng x ảy ra khồng đồồng thời gọi là mạch hội tụ “HOẶC’’. Ký hiệu mạch : Phương trình trạng thái tại nút mạng: S-i+1 = S-i+2 = S-i+3 = Si+4 S+i+4 = ai+1.Si+1 + ai+2.Si+2 + ai+3.Si+3 - Mạch hội tụ “VÀ’’ Quá trình mà nhiếồu đường hội tụ thành một đường nhưng ch ỉ x ảy ra đồồng thời gọi là mạch hội tụ “VÀ’’. 8 Phương trình trạng thái tại nút mạng: 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 - Mạch phần kỳ “VÀ’’ Quá trình mà một đường reễ nhánh thành nhiếồu đ ường nh ưng x ảy ra đồồng th ời gọi là mạch phần kỳ “VÀ’’. Ký hiệu mạch : Phương trình trạng thái tại nút mạng : S-i = Si+1.Si+2.Si+3 S+i+1 = S+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 9 2.2.2. Lập bảng Grafcet 2 -Bảng thay thế các chữ viết mô tả Grafcet 10 - 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 1A1 2a0, 2a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 2A1 3a0, 3a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 3A1 4a0, 4a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 4A1 5a0, 5a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 5A1 1B1 là cảm biến nhận biết có 4 hộp sản phẩm 11 KA là role áp suất nhận biết đã có chân không 2B1 là cảm biến nhận biết thùng đã vào đúng vị trí 12 2.3. Phương trình hàm điều khiển 13 ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ Suy ra f ( S 0 )=( 1 a 0 S15 + g+ S0 ) Ś1 f ( S 1) =¿ f ( S 2) =( 1 B 1 ¿ S ¿ ¿ 1+ S 2 ) Ś 3 f ( S 3 )=( 1 a1 S 2 +S 3 ) S´4 f ( S 4 ) =( T 1 S 3 +5 a1 S 8+ S 4 ) Ś4 Ś5 f ( S 5 )=( 4 a1 5 a0 S 4 + S5 ) Ś6 f ( S 6 )=( T 1 S 3+5 a1 S8 + S6 ) Ś5 S´9 f ( S 7 )=( 4 a 1 5 a0 S 4 + S 7 ) Ś 6 f ( S 8 )=( 3 a1 S7 + S 8) Ś 4 f ( S 9 )=( 4 a 1 5 a1 S 4 + S9 ) S´10 f ( S 10) =( S9 + S10 ) S´6 f ( S 11 )=( 4 a1 5 a1 S 6 + S11 ) ( S´12+ S´13 ) f ( S 12) =( 3 a0 S 11 + S12 ) S´15 f ( S 13) =( 3 a 0 S11 + S 13) S´14 f ( S 14 )=( 2 B1 S13 +S 14 ) S´15 f ( S 15) =( S12 S14 + S 15) Ś0 Từ phương trình trạng thái ta có mạch nguyên lý điều khiển như sau: 14 Chương 3: TÍNH TOÁN THIỀỐT BỊ 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 vận chuyển sản phẩm, tránh để làm hỏng hay đổ vỡ sản phẩm, đảm bảo chất lượng sản phẩm và độ ổn định của mô hình. 15 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 thông thường 1-10bar. Với yêu cầu không quá cao của mô hình, chọn xylanh hãng AIRTAC CYLINDER có mã số MAL20X100SCA. Hãng sản xuất AIR CYLINDER Đường kính piston 12mm Chế độ hoạt động 2 chiều Dải áp suất hoạt động 1-10bar Dải nhiệt độ môi trường -20÷80°C Lực rút về áp suất 6bar 103,7N Lực đẩy ra ấp suất 6bar 120,6N Kiểu lắp Ren cái Chiều dài piston 100mm 3.1.2. Van tiết lưu – Van phân phối Van tiết lưu: 16 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 điều chỉnh tốc độ sao cho nó cho phép một lưu lượng khí cần thiết đủ để điều chỉnh xung quanh 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 khiển bằng điện 24v loại 5/2 điều khiển 2 phía. Trong phòng thí nghiệm, áp suất máy nén khí là P=8Bar nên ta chọn van điện 24v có áp suất nằm trong khoảng từ 0.15MPa ÷0.8MPa là hợp lý 17 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. 18 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. 19 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 LJ18A3 ỨNG DỤNG: -Phát hiê ̣n kim loại ở khoảng cách gần từ 0-8mm -Làm công tắc tự đô ̣ng -Xe dò đường theo kim loại THÔNG SỐ KỸ THUẬT -Model: LJ18A3-8-Z/BX -Phát hiện: Kim loại. -Nguồn: 6 -> 36VDC -Dòng tiêu thụ: 300 mA -Khoảng đo: 0 -> 8mm -Ngõ ra: NPN cực thu hở -Đường kính: 18 mm NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:Cảm biến sẽ trả về tín hiê ̣u khi gă ̣p vâ ̣t cản gần với khoảng cách từ 0-8mm 20