Đồ án Điều khiển & giám sát mô hình sắp xếp lon nước (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Điều khiển & giám sát mô hình sắp xếp lon nước (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN & GIÁM SÁT MÔ HÌNH SẮP XẾP LON NƯỚC GVHD: TS. NGUYỄN MINH TÂM SVTH: HUỲNH THANH SƠN MSSV: 10901097 SKL003144 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2014
2. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIÊṆ - ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH SẮP XẾP LON NƯỚC GVHD: TS. NGUYỄN MINH TÂM SVTH: HUỲNH THANH SƠN MSSV: 10901097 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
3. BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ-CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIÊṆ - ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH SẮP XẾP LON NƯỚC GVHD: TS. NGUYỄN MINH TÂM SVTH: HUỲNH THANH SƠN MSSV: 10901097 Tp. Hồ Chí Minh - 7/2014
4. PHẦN I GIỚI THIỆU
5. TRƯỜNG ĐH. SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TP. HỒ CHÍ MINH ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ Tp. HCM, ngày 11 tháng 07 năm 2014 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Huỳnh Thanh Sơn MSSV: 10901097 Chuyên ngành: Sư Phạm Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2010 Lớp: 109010D I.TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁTMÔ HÌNH SẮP XẾP LON NƢỚC II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Thiết kế và hoàn thiện mô hình sắp xếp lon nước. - Tìm hiểu PLC, WINCC. - Tìm hiểu phương pháp bắt tay giữa PLC S7-200 và WINCC. - Thiết kế chương trình cho PLC S7-200 điều khiển mô hình. - Xây dựng giao diện giám sát hệ thống bằng SCADA. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/03/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/07/2014 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Nguyễn Minh Tâm CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TS. Nguyễn Minh Tâm TS. Nguyễn Thanh Hải ii
6. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SPKT TPHCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Khoa Điện - Điện Tử Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Bộ Môn Điện Tử Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2014 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : Huỳnh Thanh Sơn Lớp: 10901097 MSSV:10901097 Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH SẮP XẾP LON NƯỚC Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1-4 (1/3/2014 Lên ý tưởng và phát triển phần cứng của cánh tay gắp 31/03/2014) bìa carton và đi mua linh kiện. Tuần 5-8 Thực hiện phần cứng. (1/4/2014 30/04/2014) Tuần 9-12 (1/5/2014 Nghiên cứu phần phát xung tốc độ cao của S7-200 để 31/05/2014) điều khiển động cơ bước. Viết chương trình điều khiển và giám sát cho đồ án tốt nghiệp. Tuần 13-16 (1/6/2014 Đem đồ án tốt nghiệp lên trường. 30/06/2014) Đổ chương trình xuống PLC và sửa lỗi về phần cứng và phần mềm. Viết báo cáo tốt nghiệp. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) TS. Nguyễn Minh Tâm iii
7. LỜI MỞ ĐẦU Thế giới ngày nay với khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ cuộc sống con người ngày càng được phát triển tốt hơn. Khoa học kỹ thuật đem lại nhiều tiện ích thiết thực hơn cho cuộc sống con người. Góp phần không thể thiếu để mang lại những thành tựu to lớn là sự phát triển không ngừng của Tự động hoá. Trong những năm gần đây các hệ thống tự động đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển và sự tiến bộ của kỹ thuật công nghệ và văn minh hiện đại. Trong đó phần thiết bị điều khiển chính là các thiết bị logic có thể lập trình được (PLC). Việc nghiên cứu và ứng dụng những gì đã học vào thực tế cuộc sống là một điều rất cần thiết trong vai trò làm chủ công nghệ hiện nay. Để góp phần tạo nên nền tảng ban đầu vững chắc cho việc học tập, tìm hiểu kỹ thuật điều khiển tự động, nhóm thực hiện đã lựa chọn nghiên cứu đề tài: “THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH SẮP XẾP LON NƢỚC”. Với việc ứng dụng các thiết bị vào điều khiển hệ thống băng chuyền, bằng PLCvà giám sát hệ thống qua giao diện SCADA, nhóm đã học hỏi được rất nhiều kinh nghiệm quý báu cho bản thân. Ngoài việc hoàn thànhđồ án tốt nghiệp với những công việc trên đây thì nó còn có ý nghĩa sâu sắc đối với mỗi sinh viên thực hiện. Một lần nữa sinh viên được trải nghiệm thực tế, những kiến thức học được từ ghế nhà trường sẽ giúp hình thành những sản phẩm công nghiệp. Trong quá trình tiến hành không thể không gặp những khó khăn vấp phải, do đó kích thích sinh viên tư duy để tìm ra phương án tối ưu và trao đổi thảo luận lẫn nhau nhằm mục đích hình thành thói quen hợp tác làm việc nhóm và phương pháp làm việc hiệu quả. Tuy nhiên do hạn chế về kinh nghiệm thực tế và thời gian thực hiện nên việc thực hiện đề tài không thể tránh khỏi những thiếu sót. Do đó rất mong sự chỉ bảo thêm của quý thầy cô cũng như những đóng góp của các bạn sinh viên. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Huỳnh Thanh Sơn iv
8. LỜI CẢM ƠN Đầu tiên con xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới bố, mẹ và các thành viên trong gia đình, đã hỗ trợ hết mình về mặt vật chất cũng như tinh thần để con yên tâm thực hiện và hoàn thành đồ án. Trong quá trình thực hiện đồ án, từ khoảng thời gian bắt đầu ý tưởng cho đến khi hoàn tất đề tài “Thiết Kế và Điều Khiển Mô Hình Sắp Xếp Lon Nƣớc”, việc thực hiện đồ án tôi thật sự đã gặp phải rất nhiều khó khăn. Tuy nhiên với sự giúp đỡ tận tình của quý thầy cô và các bạn, tôi đã tìm ra cho mình hướng đi đúng đắn và phát triển thêm nhiều ý tưởng mới mẻ. Với thành quả đạt được, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Minh Tâm - cán bộ hướng dẫn đề tài, Thầy đã tận tình hỗ trợ về mặt thiết bị và thường xuyên trao đổi nhắc nhở để định hướng, hoạch định cho tôi có được kế hoạch, cách thức tiến hành cũng như bao quát được mục tiêu đồ án. Thầy đã rất nhiệt tình tạo điều kiện về mặt vật chất cũng như tinh thần để tôi thực hiện đồ án có được nhiều thuận lợi nhất khi tiến hành thực hiện đề tài. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý thầy cô phòng thực tập D203 và D101, các thầy cô đã hỗ trợ, giúp đỡ nhiệt tình về mặt thiết bị cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi, giúp tôi thực hiện tốt đề tài tốt nghiệp. Trong suốt quá trình thực hiện làm đề tài tốt nghiệp, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả các bạn lớp 10901, các nhóm cùng làm đề tài tại phòng D203 và D101. Những ý kiến trao đổi và hướng dẫn của các bạn đã phần nào giúp nhóm khắc phục được các sai sót trong khi tiến hành. Nhờ sự trao đổi đóng góp ý kiến mà tôi bao quát được nội dung cũng như cách thức thực hiện, điều này giúp rút ngắn thời gian thực hiện đề tài và phát triển thêm nhiều khía cạnh mới mẻ cho đề tài. Xin chân thành cảm ơn! Người thực hiện đề tài Huỳnh Thanh Sơn v
9. MỤC LỤC vi
10. PHẦN II: NỘI DUNG CHƢƠNG I: DẪN NHẬP 3 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 4 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 4 1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 4 1.4 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU 5 1.5 DÀN Ý NGHIÊN CỨU 5 1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 5 1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 6
11. Đồ Án Tốt Nghiệp Trang 2 PHẦN II NỘI DUNG CHƯƠNG I: DẪN NHẬP
12. CHƯƠNG I DẪN NHẬP
13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Việc học kiến thức tại các trƣờng Đại học, Cao đẳng đang ngày càng đƣợc đổi mới và hiện thực hoá, cùng với sự phát triển của Khoa học – kỹ thuật, các thiết bị hỗ trợ cho việc thực tập của sinh viên cũng ngày một phong phú và hiện đại. Tuy nhiên, phần lớn sinh viên chƣa hình dung đƣợc các thiết bị có ứng dụng và vai trò nhƣ thế nào trong thực tiễn sản xuất. Ngoài những ứng dụng cơ bản để giúp cho sinh viên biết cách sử dụng thiết bị tự động hoá thì các trƣờng đang thiếu nhiều mô hình giúp cho sinh viên hình tƣợng hoá chức năng và các bài toán vận hành trong thực tiễn sản xuất. 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Với ý định làm một đề tài mới, lạ, xuất phát từ thực tế sản xuất trong công nghiệp và chƣa từng có nhóm nào thực hiện cho đồ án tốt nghiệp của mình thì nhóm thực hiện đã xin vào làm việc cho một số công ty để đáp ứng điều này. Crown Đồng Nai là một trong những công ty chuyên sản xuất vỏ lon nƣớc các loại, với dây chuyền sản xuất tiên tiến hiện đại. Đây chính là nới mà nhóm thực hiện đã tìm đến làm việc và tìm hiểu về dây chuyền sản xuất để thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài “THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂNMÔ HÌNH SẮP XẾP LON NƯỚC”. Với việc ứng dụng các thiết bị vào điều khiển hệ thống, giám sát các hoạt động của thiết bị qua phần mềm wincc nhóm đã học hỏi đƣợc rất nhiều kinh nghiệm quý báu cho bản thân. Trong những năm gần đây các hệ thống tự động đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển và sự tiến bộ của kỹ thuật công nghệ và văn minh hiện đại. Trong đó phần thiết bị điều khiển chính là các thiết bị logic có thể lập trình đƣợc (PLC). Có rất nhiều cách để điều khiển một mô hình nói riêng và các đối tƣợng nói chung. Nhƣng, với những ƣu điểm vƣợt trội của PLC so với các cách lập trình khác thì nhóm thực hiện đã lựa chon PLC để điều khiển cho mô hình của mình. SIEMENS đã cho ra nhiều loại PLC với nhiều chức năng tiện lợi nhƣ S7-300, S7-400 nhƣng với điều kiện hiện có thì nhóm thực hiện đã lựa chọn CPU 224XP S7-200 để điều khiển mô hình. 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Đề tài đƣợc thực hiện với đối tƣợng sau:  PLC S7-200.  Phần mềm WINCC. CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 4
14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP  Ngôn ngữ lập trình LAD cho S7-200. 1.4 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU Nghiên cứu cấu trúc PLC S7-200 và sử dụng phần mềm giám sát WinCC hỗ trợ để thực hiện điều khiểnvà giám sát MÔ HÌNH SẮP XẾP LON NƯỚC. 1.5 DÀN Ý NGHIÊN CỨU Chương 2: Cơ sở lý thuyết Chƣơng này trình bày những lý thuyết cơ bản về hệ thống băng chuyền đóng gói, các thiết bị và phần mềm sử dụng để vận hành cho mô hình. Chương 3: thiết kế và phát triển mô hình sắp xếp lon nước Nội dung chƣơng này tập trung về thiết kế, thi công hệ thống cơ khí và hệ thống điện cho mô hình. Chương 4: Điều khiển và giám sát mô hình Trong chƣơng này sẽ đƣa ra lƣu đồ giải thuật để viết code chƣơng trình và giao diện điều khiển mô hình, cuối cùng là cách thức vận hành và bảo trì mô hình. Chương 5: kết quả Chƣơng này trình bày kết quả đạt đƣợc sau quá trình nghiên cứu, cụ thể là kết quả về phần cứng và kết quả về điều khiển giám sát. Phần C: kết luận Các ƣu nhƣợc điểm, và hƣớng phát triển của đề tài sẽ đƣợc trình bày trong phần này. 1.6 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Hiện nay trong nƣớc cũng có khá nhiều công ty sản xuất và đóng gói bao bì lon nƣớc, nhƣ công ty CROW Đồng Nai chuyên cung cấp vỏ lon nƣớc các loại, hay công ty TCB-BALL Việt Nam. CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 5
15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Đề tài có thể phát triển để áp dụng cho các mô hình sản xuất nhỏ cần độ chính xác và tự động hoá. CHƯƠNG I: DẪN NHẬP 6
16. Contents CHƢƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6 2.1 Băng Chuyền Đóng Gói 7 2.1.1 Khái quát về băng chuyền 7 2.1.2 Ứng dụng của băng chuyền đóng gói 8 2.1.3 Băng chuyền đóng gói sản phẩm 9 2.2 Thiết bị điều khiển và phần mềm lập trình 14 2.2.1 Thiết bị điều khiển – PLC S7-200 14 2.2.2 Phần Mềm Lập Trình 19 2.3 Thiết Bị Chấp Hành 24 2.3.1 Động Cơ DC – 24V 24 2.3.2 Xi lanh và van điện từ 26 2.3.3 Cảm biến quang HANYOUNG 29 2.3.4 Driver Step Motor 31 31
17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƢƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6
18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1 Băng Chuyền Đóng Gói 2.1.1 Khái quát về băng chuyền Băng chuyền (Conveyer) đƣợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất, nó ứng dụng vào các dây chuyền vận chuyển hoặc đóng gói sản phẩm. Có nhiều dạng băng chuyền khác nhau nhƣ: băng chuyền xích, băng chuyền con lăn, băng chuyền đai, băng chuyền cấp liệu mỗi loại có những ƣu điểm và ứng dụng vào những sản phẩm khác nhau. Hình 2.1 là băng chuyền con lăn, đƣợc ứng dụng trong vận chuyển thùng, hộp, chai, lọ Hình 2.2 mô tả cấu tạo của một băng chuyền đai thƣờng dùng để vận chuyển sản phẩm cỡ nhỏ nhƣ: các linh kiện điện tử, các chi tiết máy Các loại băng chuyền khác nhau nhƣng thƣờng dùng để vận chuyển các loại vật liệu giữa những địa điểm đã đƣợc xác định. Các đặc trƣng tiêu biểu của hệ thống băng chuyền là:  Vận chuyển hàng hoá một cách nhanh chóng, chính xác,  Tiết kiệm đƣợc thời gian và chi phí thuê nhân công đối với mỗi doanh nghiệp sản xuất,  Nâng cao độ chính xác trong thao tác và vận chuyển sản phẩm,  Thi công và lắp đặt nhanh chóng,  Dễ dàng vận chuyển và bảo trì. Hình 2.1: Băng chuyền con lăn CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7
19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.2: Băng chuyền đai 2.1.2 Ứng dụng của băng chuyền đóng gói Trong nhịp điệu phát triển chóng mặt của khoa học kỹ thuật hiện nay, các doanh nghiệp sản xuất đã không ngừng đầu tƣ trang thiết bị sản xuất, nâng cao năng lực vận hành của dây chuyền, tăng khả năng hoạt động của máy móc. Và các dây chuyền tự động hoá đang là lựa chọn đƣợc nhiều doanh nghiệp chú ý, công việc của Công nhân đƣợc thay thế bằng các máy móc hiện đại, có năng suất và hiệu năng cao. Cũng nhƣ vậy, những dây chuyền đóng gói, với sự ứng dụng của hệ thống băng chuyền, băng tải để vận chuyển sản phẩm một cách nhanh chóng và chính xác cũng đƣợc áp dụng ở nhiều nơi. Hình 2.3 là công đoạn vận chuyển bánh quy với ứng dụng của băng chuyền đai. Băng chuyền con lăn đƣợc ứng dụng trong vận chuyển thùng, hộp, hay các sản phẩm có kích thƣớc lớn, nhƣ dây chuyền vận chuyển nƣớc mắm đã đóng hộp trong hình 2.4. CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8
20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 2.3: Dây chuyền sản xuất bánh quy Hình 2.4: Dây chuyền vận chuyển nước mắm 2.1.3 Băng chuyền đóng gói sản phẩm Băng chuyền đóng gói sản phẩm đang dần đƣợc ứng dụng rộng rãi để nâng cao năng suất sản xuất. Tuy nhiên, ở nƣớc ta chƣa có nhiều doanh nghiệp sử dụng nó, vấn đề đầu tiên cản trở chính là yêu cầu thiết kế và giá thành thi công. Sau đây là 1 phần của hệ thống băng chuyền đóng gói sản phẩm. CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9
21. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.1.3.1 Cấu trúc băng chuyền sắp xếp sản phẩm Hệ thống băng chuyền đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng đóng gói để chuyển đổi từ sản phẩm với khoảng cách ngẫu nhiên thành sản phẩm có khoảng cách và số lƣợng đồng đều, đúng theo từng giai đoạn để đóng hộp hoặc sắp xếp sản phẩm, hình 2.5 minh hoạ cấu trúc của một băng chuyền sắp xếp sản phẩm tự động.  Conveyor 1: Đây là băng tải chứasản phẩm với khoảng cách ngẫu nhiên nên thƣờng đƣợc sử dụng động cơ điện loại thƣờng, không đòi hỏi nhiều về đáp ứng tốc độ, nhƣng lại thƣờng chứa khối lƣợng sản phẩm lớn và tập trung. Đa phần các ứng dụng thƣờng dùng động cơ AC-3pha nhƣng trong mô hình này, với điều kiện hiện có nhóm thực hiện đã sử dụng động cơ DC để tiện cho việc điều khiển. Khi sản phẩm đƣợc đặt lên, băng chuyền sẽ vận chuyển đến khâu tiếp theo. Cấu tạo thông thƣờng của băng chuyền nhƣ hình 2.5. Hình 2.5: Hệ thống băng chuyền đóng gói lon  Preventer: Có chức năng phân chia sản phẩm thành từng khối với số lƣợng nhất định để đƣa qua cho bộ phận Advance. Sau khi đi qua công đoạn này thì sản phẩm có thể nằm gọn trong pallet.  Advance: Đƣa sản phẩm vào hệ thống nâng hạ (Up – Down System). CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10
22. S K L 0 0 2 1 5 4