Đồ án tốt nghiệp: Ứng dụng PLC điều khiển và giám sát trạm lắp đặt phôi

Chia sẻ: Xylitol Lime Mint | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

206
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài với mục đích nhằm khảo sát hệ thống MPS và xây dựng hệ thống trạm lắp đặt phôi. Thiết kế và thi công được mô hình dùng PLC Mitsubishi, trạm điều khiển kết hợp PC để làm giao diện giám sát hệ thống. Khảo sát dòng sản phẩm tự động hóa của Mitsubishi: tìm hiểu PLC Mitsubishi dòng A, tìm hiểu hệ thống thủy lực khí nén, tìm hiều nguyên lý hoạt động của cơ 3 phase, biến tần Mitsubishi dòng E, cảm biến quang và hệ thống đóng cắt điện qua relay trung gian.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Ứng dụng PLC điều khiển và giám sát trạm lắp đặt phôi

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Kiều Minh Thiện MSSV: 14141299 Phạm Thanh Tuấn MSSV: 14141354 Chuyên ngành: Điện tử Công nghiệp Mã ngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14141DT3A I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT TRẠM LẮP ĐẶT PHÔI II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: Các tài liệu về PLC, các module, thiết bị. Mô hình mẫu trạm lắp đặt phôi lấy từ nguồn Internet. 2. Nội dung thực hiện: Tìm hiểu về PLC Mitsubishi dòng A, tìm hiểu về mô hình thủy lực khí nén. Tìm hiểu về các loại mô hình trạm lắp đặt phôi và lựa chọn mô hình. Lắp đặt phần cứng mô hình sau khi đã lựa chọn. Viết chương trình chạy mô hình điều khiển và giám sát trạm lắp đặt phôi. Hoàn thành mô hình. Đánh giá kết quả thực hiện. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/10/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/01/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Trần Văn Sỹ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 07 tháng 01 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Kiều Minh Thiện Lớp: 14141DT3A .......................................................... MSSV: 14141299 Họ tên sinh viên 2: Phạm Thanh Tuấn Lớp: 14141DT3A .......................................................... MSSV: 14141354 Tên đề tài: Ứng dụng PLC điều khiển và giám sát mô hình trạm lắp đặt phôi. Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD 1-6/10 Chọn đề tài 07-13/10 Viết đề cương chi tiết 14-20/10 Tìm hiểu mô hình lắp đặt phôi thực tế 21-25/10 Tìm hiểu sơ lược về khí nén 26-31/10 Tìm hiểu về PLC và các module 1/11-20/11 Tiến hành lắp đặt phần cứng 21-27/11 Viết code thực hiện chương trình 28/11-15/12 Chạy thử nghiệm mô hình và chỉnh sửa 16/12-20/12 Thiết kế giao diện trên GT Designer 3 21/12-7/1 Viết báo cáo GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) Ths. Trần Văn Sỹ
LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi – Kiều Minh Thiên và Phạm Thanh Tuấn cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chúng tôi dưới sự hướng dẫn của Th.S Nguyễn Văn Sỹ. Các số liệu, kết quả nêu trong ĐATN là trung thực và không được sao chép từ bất cứ công trình nào khác. SV thực hiện đề tài Kiều Minh Thiện Phạm Thanh Tuấn i
LỜI CẢM ƠN Tập thể nhóm xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong bộ môn Điện Tử Công Nghiệp đã trang bị cho chúng em kiến thức và giúp đỡ chúng em giải quyết những khó khăn trong quá trình làm đồ án. Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn Thầy Trần Văn Sỹ đã tận tình giúp đỡ trong quá trình lựa chọn đề tài và hỗ trợ chúng em trong quá trình thực hiện. Nhóm xin được phép gửi đến thầy lòng biết ơn và lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất. Kiến thức và cái tâm nghề nghiệp của thầy đã không những giúp đỡ nhóm em hoàn thành đồ án tốt nghiệp mà còn là tấm gương sáng để nhóm em noi theo. Cuối cùng, mặc dù đã cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra và đảm bảo thời hạn nhưng do kiến thức còn hạn hẹp chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót, mong Thầy/cô và các bạn sinh viên thông cảm. Nhóm mong nhận được những lời ý kiến của Thầy/cô và các bạn sinh viên. Nhóm chân thành cảm ơn!!! SV thực hiện đồ án Kiều Minh Thiện Phạm Thanh Tuấn ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................ii MỤC LỤC ..................................................................................................................... iii MỤC LỤC HÌNH ........................................................................................................ viii MỤC LỤC BẢNG .......................................................................................................... xi TÓM TẮT........................................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ....................................................................... 1 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu .................................................................. 1 1.2 Mục đích đề tài ................................................................................................ 1 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài ...................................................................... 1 1.3.1 Nhiệm vụ ..................................................................................................... 1 1.3.2 Giới hạn ....................................................................................................... 2 1.4 Phương pháp nghiên cứu ................................................................................. 2 1.5 Tóm tắt đề tài ................................................................................................... 2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................................ 3 2.2.1 Giới thiệu chung về PLC ................................................................................. 3 2.1.1 Tổng quan về PLC .......................................................................................... 3 2.1.1.1 Định nghĩa ............................................................................................... 3 2.1.1.2 Cấu tạo ..................................................................................................... 3 2.1.2 Đặc điểm và vai trò của PLC .......................................................................... 4 2.1.2.1 Đặc điểm .................................................................................................. 4 2.1.2.2 Vai trò ...................................................................................................... 5 2.1.3 PLC dòng A của hãng Mitsubishi .................................................................. 5 2.1.3.2 Những tính năng chính ............................................................................ 7 2.1.2.3 Dãy sản phẩm .......................................................................................... 7 iii
2.1.2.4 Các loại bộ nhớ ........................................................................................ 9 2.2 Hệ thống khí nén ............................................................................................. 9 2.2.1 Nguồn khí nén ............................................................................................. 9 2.2.1.1 Máy nén khí .......................................................................................... 9 2.2.1.2 Bình trích chứa nén khí ...................................................................... 10 2.2.2 Các phần tử mạch điều khiển .................................................................... 11 2.2.2.1 Van đảo chiều ........................................................................................ 11 2.2.2.2 Van tiết lưu ............................................................................................ 12 2.3 Biến tần .......................................................................................................... 15 2.3.1 Tìm hiểu về biến tần .................................................................................. 15 2.3.2 Nguyên lý hoạt động của biến tần ............................................................. 15 2.3.3 Các tham số cài đặt ................................................................................... 16 2.4 Relay trung gian (Rơ le) ................................................................................ 17 2.4.1 Khát quát về Relay .................................................................................... 17 2.4.2 Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 18 2.5 Cảm biến quang ............................................................................................. 19 2.5.1 Giới thiệu về cảm biến quang ................................................................... 19 2.5.2 Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 19 2.5.3 Điều chỉnh độ nhạy của cảm biến quang .................................................. 21 2.6 Băng tải .......................................................................................................... 22 2.7 Động cơ xoay chiều 3 pha quay băng tải ...................................................... 23 2.7.1 Giới thiệu về động cơ ................................................................................ 23 2.7.2 Nguyên lý hoạt động ................................................................................. 24 2.8 Domino .......................................................................................................... 24 2.9 Nguồn cung cấp ............................................................................................. 25 2.9.1 Nguồn xoay chiều ..................................................................................... 25 2.9.2 Nguồn một chiều ....................................................................................... 26 iv
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MÔ HÌNH ............................................... 27 3.1 Giới thiệu ............................................................................................................. 27 3.2 Thiết kế sơ đồ khối .............................................................................................. 28 3.3 Thiết kế và thi công các trạm trong hệ thống ...................................................... 29 3.3.1 Trạm Master ................................................................................................. 29 3.3.1.1 Các module có trong trạm master.......................................................... 29 3.3.1.2 Thông số kỹ thuật của các module ........................................................ 30 3.2.1.3 Thiết kế trạm master .............................................................................. 32 3.3.2 Trạm điều khiển ............................................................................................ 33 3.3.2.1 Các module có trong trạm điều khiển ................................................... 33 3.3.2.2 Thông số kỹ thuật của các module ........................................................ 33 3.3.2.3 Thiết kế trạm điều khiển ........................................................................ 35 3.3.3 Trạm giám sát ............................................................................................... 36 3.3.4 Băng tải ......................................................................................................... 39 3.3.4.1 Cơ cấu truyền động băng tải. ................................................................. 39 3.3.4.2 Cơ cấu động cơ kéo băng tải ................................................................. 40 3.3.5 Trạm gắp phôi............................................................................................... 40 3.3.5.1 Các cơ cấu có trong trạm gắp phôi ........................................................ 40 3.3.5.1.1 Cơ cấu cánh tay quay gắp phôi: ................................................... 40 3.3.5.1.2 Cơ cấu nâng cánh tay xoay gắp phôi ........................................... 42 3.3.5.2 Phác thảo phần cơ khí ............................................................................ 43 3.2.6 Trạm cung cấp phôi ...................................................................................... 44 3.3.6.1 Các cơ cấu có trong trạm cung cấp phôi ............................................... 44 3.3.6.1.1 Mặt bệ đẩy phôi ............................................................................ 44 3.3.6.1.2 Ống cung cấp phôi ....................................................................... 46 3.3.6.1.3 Cơ cấu đẩy phôi ........................................................................... 46 3.3.7 Thiết kế phần khuôn và phôi ........................................................................ 49 v
3.3.8 Trạm biến tần FR- E500 ............................................................................... 51 3.3.9 Các thiết bị ngoại vi ...................................................................................... 52 3.3.9.1 Động cơ Oriental 4IK25GN-SWM ....................................................... 52 3.3.9.2 Relay trung gian Omron ........................................................................ 53 3.3.9.3 Cảm biến lazer KEYENCE LV-11SA..................................................... 53 3.3.11 Nguồn ......................................................................................................... 56 3.3.12 Sơ đồ bố trí các trạm trên mô hình ............................................................. 57 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................ 58 4.1 Giới thiệu ....................................................................................................... 58 4.2 Thi công hệ thống .......................................................................................... 58 4.2.2 Thi công phần mô hình. ............................................................................ 60 4.2.2.1 Thi công phần băng tải ....................................................................... 60 4.2.2.2 Thi công khối cung cấp phôi .............................................................. 61 4.2.2.3 Thi công khối gắp phôi. ...................................................................... 61 4.2.2.4 Thi công khối van điện từ................................................................... 62 4.2.2.5 Thi công phần khuôn. ......................................................................... 62 4.2.2.6 Tổng quan mô hình............................................................................. 63 4.2.3 Lập trình hệ thống. .................................................................................... 64 4.2.3.1 Yêu cầu hệ thống. ............................................................................... 64 4.2.3.2 Danh sách thiết bị. .............................................................................. 65 4.2.3.3 Lưu đồ thuật toán................................................................................ 65 4.2.3.4 Phần mềm lập trình PLC Mitsubishi. ................................................. 70 4.3 Tài liệu hướng dẫn sử dụng ........................................................................... 79 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ – NHẬN XÉT – ĐÁNH GIÁ ............................................... 80 5.1 Giới thiệu ....................................................................................................... 80 5.2 Kết quả đạt được ............................................................................................ 80 5.2.1 Giao diện giám sát ..................................................................................... 80 vi
5.2.2 Bảng điều khiển ......................................................................................... 81 5.2.3 Kết quả mô hình ........................................................................................ 82 5.3 Nhận xét – đánh giá ....................................................................................... 83 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 84 6.1 Kết luận.......................................................................................................... 84 6.2 Hướng phát triển ............................................................................................ 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 85 vii
MỤC LỤC HÌNH Hình 2. 1 Cấu trúc cơ bản của PLC ................................................................................. 4 Hình 2. 2 Lịch sử phát triển của các dòng PLC Mitsubishi ............................................ 6 Hình 2. 3 Máy nén khí ................................................................................................... 10 Hình 2. 4 Bình lọc khí ................................................................................................... 11 Hình 2. 5 Van 5/2 .......................................................................................................... 11 Hình 2. 6 Hình ảnh van điện từ thực tế ......................................................................... 12 Hình 2. 7 Hình ảnh van tiết lưu ..................................................................................... 12 Hình 2. 8 Xi lanh kẹp Artac........................................................................................... 13 Hình 2. 9 Xi lanh xoay .................................................................................................. 14 Hình 2. 10 Xi lanh 1 tia ................................................................................................. 14 Hình 2. 11 Xi lanh 2 tia ................................................................................................. 14 Hình 2. 12 Sơ đồ nguyên lý biến tần cơ bản ................................................................. 15 Hình 2. 13 Biến tần Mitsubishi E500 ............................................................................ 17 Hình 2. 14 Relay trung gian thực tế .............................................................................. 18 Hình 2. 15 Mô tả hoạt động cảm biến quang ................................................................ 19 Hình 2. 16 Lượng ánh sáng nhận về sẽ được chuyển tỉ lệ thành tín hiệu điện áp (hoặc dòng điện) và sau đó được khuếch đại. ......................................................................... 20 Hình 2. 17 Sensor xuất tín hiệu ra báo có vật nếu mức điện áp lớn hơn mức ngưỡng . 20 Hình 2. 18 Băng tải ngoài thực tế .................................................................................. 23 Hình 2. 19 Động cơ 3 pha cỡ nhỏ .................................................................................. 23 Hình 2. 20 Domino công nghiệp ................................................................................... 24 Hình 2. 21 Mô tả điện áp ............................................................................................... 25 Hình 2. 22 Nguồn 24V DC 10 ....................................................................................... 26 Hình 3. 1 Sơ đồ khối của hệ thống ................................................................................ 28 Hình 3. 2 Sơ đồ nguyên lý module A1SH42 ................................................................. 32 Hình 3. 3 Sơ đồ chân nút nhấn ...................................................................................... 33 Hình 3. 4 Sơ đồ chân đèn .............................................................................................. 34 Hình 3. 5 Sơ đồ chân công tắc xoay 2 vị trí .................................................................. 35 Hình 3. 6 Bản vẽ thiết kế trạm điều khiển (35x24cm) .................................................. 35 Hình 3. 7 Mô hình trạm điều khiển ............................................................................... 36 Hình 3. 8 Một bên của bộ khớp nối giữa băng tải và động cơ ...................................... 39 viii
Hình 3. 9 Mặt chiếu đứng của khung băng tải .............................................................. 39 Hình 3. 10 Dây đai đã được kết nối vô khớp nối .......................................................... 40 Hình 3. 11 Mô phỏng 3D cơ cấu kéo của động cơ ........................................................ 40 Hình 3. 12 Bản vẽ cánh tay quay ................................................................................... 42 Hình 3. 13 Khớp nối giữa xi lanh đẩy và xoay.............................................................. 42 Hình 3. 14 Cánh tay quay gắp phôi ............................................................................... 43 Hình 3. 15 Tay gắp ........................................................................................................ 43 Hình 3. 16 Cơ cấu nâng tay gắp phôi ............................................................................ 44 Hình 3. 17 Bản vẽ mặt bệ đẩy phôi. .............................................................................. 45 Hình 3. 18 Bản vẽ ống cung cấp phôi ........................................................................... 46 Hình 3. 19 Bản vẽ cơ cấu đẩy phôi................................................................................ 47 Hình 3. 20 Mặt bệ đẩy phôi ........................................................................................... 47 Hình 3. 21 Ống cung cấp phôi ....................................................................................... 48 Hình 3. 22 Cơ cấu đẩy phôi ........................................................................................... 49 Hình 3. 23 Cơ cầu chặn khuôn bằng 2 xi lanh .............................................................. 49 Hình 3. 24 Biến tần Mitsubishi FR-E500 ...................................................................... 51 Hình 3. 25 Động cơ OM 4IK25GN-SWM .................................................................... 52 Hình 3. 26 Cụm relay trung gian ................................................................................... 53 Hình 3. 27 Cụm cảm biến .............................................................................................. 53 Hình 3. 28 Sơ đồ đấu nối đường khi van điện từ .......................................................... 55 Hình 3. 29 Nguồn 24VDC-10A..................................................................................... 56 Hình 3. 30 Sơ đồ bố trí trên mô hình ............................................................................. 57 Hình 4. 1 Sơ đồ điện toàn hệ thống ............................................................................... 59 Hình 4. 2 Mô hình băng tải sau khi hoàn tất ................................................................. 60 Hình 4. 3 Mô hình cung cấp phôi .................................................................................. 61 Hình 4. 4 Mô hình khối gắp phôi .................................................................................. 61 Hình 4. 5 Khối van điện từ ............................................................................................ 62 Hình 4. 8 Khuôn sau khi gia công ................................................................................. 62 Hình 4. 9 Mô hình phôi thực tế ..................................................................................... 63 Hình 4. 10 Toàn bộ mô hình sau khi được lắp ráp ........................................................ 63 Hình 4. 11 Lưu đồ chương trình chính .......................................................................... 66 Hình 4. 12 Lưu đồ chế độ tự động ................................................................................. 67 ix
Hình 4. 13 Lưu đồ chương trình con chạy tay............................................................... 68 Hình 4. 14 Lưu đồ chương trình con gắp phôi đợt 2 ..................................................... 69 Hình 4. 15 Lưu đồ chương trình con gắp phôi .............................................................. 70 Hình 4. 16 Giao diện chính phần mềm .......................................................................... 71 Hình 4. 17 Giao diện tạo dự án mới .............................................................................. 71 Hình 4. 18 Giao diện chon các loại PLC ....................................................................... 72 Hình 4. 19 Giao diện lập trình ....................................................................................... 72 Hình 4. 20 Cài đặt setup cách liên kết với PLC ............................................................ 73 Hình 5. 1 Giao diện màn hình giám sát ......................................................................... 80 Hình 5. 2 Màn hình chính giao diện giám sát ............................................................... 81 Hình 5. 3 Bảng điều khiển sau khi đã thi công xong..................................................... 81 Hình 5. 4 Phôi đã được xi lanh đẩy ra chờ .................................................................... 82 Hình 5. 5 Phôi được xi lanh kẹp gắp đi ......................................................................... 82 Hình 5. 6 Phôi được đưa đến vị trí khuôn ..................................................................... 83 x
MỤC LỤC BẢNG Bảng 2. 1 Các Module CPU ............................................................................................ 7 Bảng 2. 2 Các Module nguồn cung cấp ........................................................................... 7 Bảng 2. 3 Các module ngõ vào ........................................................................................ 8 Bảng 2. 4 Các module ngõ ra .......................................................................................... 8 Bảng 2. 5 Bảng tham số cài đặt biến tần Mitsubishi FR-E500 ..................................... 17 Bảng 2. 6 Set up cảm biến ............................................................................................. 22 Bảng 3. 1 Module A1SJHCPU ...................................................................................... 30 Bảng 3. 2 Module A1SH42 ........................................................................................... 30 Bảng 3. 3 Sơ đồ chân module A1SH42 ......................................................................... 31 Bảng 3. 4 Thiết bị nút nhấn ........................................................................................... 33 Bảng 3. 5 Thiết bị đèn ................................................................................................... 34 Bảng 3. 6 Thiết bị công tắc xoay 2 vị trí ....................................................................... 34 Bảng 3. 7 Thông số kỹ thuật biến tần FR-E500 ............................................................ 52 Bảng 3. 8 Chức năng chân của biến tần ........................................................................ 52 Bảng 3. 9 Thông số kỹ thuật động cơ ............................................................................ 53 Bảng 3. 10 Thông số relay ............................................................................................. 53 Bảng 3. 11 Thông số cảm biến lazer ............................................................................. 54 Bảng 3. 12 Thông số cảm biến lazer ............................................................................. 55 Bảng 4. 1 Danh sách thiết bị .......................................................................................... 65 xi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÓM TẮT Ngày nay, trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước thì vai trò của tự động hóa được xem là một trong những lĩnh vực chủ đạo nhận được sự quan tâm lớn. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, tự động hóa ngày nay không chỉ gói gọn ở một ngành như cơ khí, điện, điện tử, tin học… Mà là sự kết hợp hài hòa của tất cả các ngành trên. Chính sự kết hợp hài hòa đó tự động hóa đã đạt được nhiều thành tích cao. Hãng Festo (Đức) đã chế tạo ra mô hình trạm MPS (Modular Production System). Trạm MPS là một hệ thống gồm có 9 trạm, nó là một quá trình sản xuất gia công có tính chất liên tục, từ việc cấp phôi, gia công, lắp rắp đến phân loại sản phẩm, gắn liền với quá trình sản xuất trên thực tế. Trạm MPS là sự kết hợp hài hòa giữa điện, điện tử, cơ khí, tin học, thủy lực, khí nén và kỹ thuật lập trình PLC mô phỏng và giám sát… Với những ưu điểm trên nhóm thực hiện chọn đề tài “Ứng dụng PLC điều khiển và giám sát mô hình trạm lắp đặt phôi” để nghiên cứu, mở rộng và trau dồi kiến thức chuyên ngành. Trong đề tài trên nhóm sẽ nghiên cứu về một phần của hệ thống trạm MPS để thiết kế hệ thống lắp đặt phôi điều bằng PLC kết hợp phần mềm GT Designer 3 để giám sát trạng thái của hệ thống. BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Trong bối cảnh khoa học công nghệ ngày càng phát triển, tự động hóa cũng là lĩnh vực được chú trọng phát triển và luôn giữ một vai trò quan trọng trong sản xuất công nghiệp. Đòi hỏi tay nghề kỹ sư ngày càng cao, hiểu biết sâu rộng về nhiều lĩnh vực điện, điện tử, cơ khí, tin học, thủy lực, khí nén. Để tiếp cận với những với những lĩnh vực đó nhóm đã chọn thiết kế một phần của hệ thống MPS. 1.2 Mục đích đề tài Khảo sát hệ thống MPS và xây dựng hệ thống trạm lắp đặt phôi. Thiết kế và thi công được mô hình dùng PLC Mitsubishi, trạm điều khiển kết hợp PC để làm giao diện giám sát hệ thống. 1.3 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 1.3.1 Nhiệm vụ  Khảo sát dòng sản phẩm tự động hóa của Mitsubishi:  Phần cứng : + Tìm hiểu PLC Mitsubishi dòng A. + Tìm hiểu hệ thống thủy lực khí nén. + Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ 3 phase, biến tần Mitsubishi dòng E, cảm biến quang và hệ thống đóng cắt điện qua relay trung gian.  Phần mềm : + Phần mềm lập trình cho PLC Mitsubishi: GX Developer. + Phầm mềm GT Designer 3 lập trình giao diện cho trên PC. + Thiết kế và thi công phần cơ mô hình trạm lắp đặt phôi. + Thiết kế giao diện điều khiển trên PC và lập trình điều khiển. BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.3.2 Giới hạn Mô hình được thiết kế với những thông số cơ bản: kích thước mô hình, lựa chọn thiết bị đáp ứng nhu cầu vận hành về quy trình phục vụ cho chương trình điều khiển và giám sát mà không đi sâu vào tính toán dòng điện, điện áp để lựa chọn thiết bị cũng như tính toán về cơ khí. 1.4 Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện đề tài này, nhóm nghiên cứu đã sử dụng các phương pháp:  Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết.  Phương pháp thực nghiệm khoa học.  Phương pháp phân tích tổng kết kinh nghiệm. 1.5 Tóm tắt đề tài Với mục tiêu đã đề ra như trên, đề tài tốt nghiệp được xây dựng với bố cục như sau:  Chương 1: Tổng quan về đề tài.  Chương 2: Cơ sở lý thuyết.  Chương 3: Tính toán và thiết kế và thi công mô hình thực tập.  Chương 4: Thi công hệ thống.  Chương 5: Kết quả-nhận xét-đánh giá.  Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.2.1 Giới thiệu chung về PLC 2.1.1 Tổng quan về PLC 2.1.1.1 Định nghĩa PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic khả trình thuộc loại điều khiển bán dẫn tự động theo chương trình người dùng. PLC sử dụng bộ nhớ khả trình để lưu trữ chương trình và thực hiện yêu cầu điều khiển. PLC có thể coi là một máy tính được thiết kế hoạt động tin cậy trong môi trường công nghiệp. 2.1.1.2 Cấu tạo  Bộ xử lý (CPU) Để đáp ứng được yêu cầu đã nêu thì PLC cần phải có CPU như một máy tính thực thụ. CPU được xem là bộ não của PLC, nó quyết định tốc độ xử lý cũng như khả năng điều khiển chuyên biệt của PLC. CPU là nơi đọc tín hiệu ngõ vào từ khối vào, xử lý và xuất tín hiệu tới khối ra. CPU còn chứa các khối chứa năng phổ biến như Counter, Timer, lệnh toán học, chuyển đổi dữ liệu… và các hàm chuyên dụng.  Khối vào (Module Input) Có hai loại ngõ vào là ngõ vào số DI (Digital Input) và ngõ vào tương tự AI (Analog Input). Ngõ vào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu dạng nhị phân như: công tắc, nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận. Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục như: các loại cảm biến nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, độ ẩm. Khi kết nối cần chú ý đến sự tương thích giữa tín hiệu ngõ ra cảm biến với tín hiệu vào mà module AI có thể đọc được. Mỗi module AI sẽ có khả năng đọc tín hiệu tương tự khác nhau: đọc dòng điện, điện áp, tổng trở. Một thông số quan trọng khác của các module AI là độ phân giải, thông số này cho biết độ chính xác khi thực hiện chuyển đổi ADC. BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT  Khối ra Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO (Digital Output) và ngõ ra tương tự AO (Analog Output). Ngõ ra DO kết nối với các cơ cấu chấp hành điều khiển theo quy tắc On/Off như: đèn báo, chuông, van điện, động cơ không điều khiển tốc độ Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu điều khiển liên tục: biến tần, van tuyến tính Hình 2. 1 Cấu trúc cơ bản của PLC 2.1.2 Đặc điểm và vai trò của PLC 2.1.2.1 Đặc điểm  Ưu điểm - Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt. Khi cần thay đổi yêu cầu, đối tượng điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình thông qua việc lập trình. - Số lượng Timer, Counter, Relay trung gian rất lớn. PLC còn hỗ trợ nhiều khối hàm có chức năng chuyên dụng: phát xung tốc độ cao, bộ đếm tốc độ cao, bộ điều khiển PID… - Tiết kiệm thời gian nối dây, mạch điều khiển lúc này đã được thay thế hoàn toàn bằng chương trình PLC. - Cấu trúc dạng Module giúp PLC có tính năng mềm dẻo, không bị cứng hóa về phần cứng. Người dùng dễ dàng lựa chọn những module nào cần thiết với yêu cầu điều khiển hiện tại giúp tiết kiệm chi phí. Cấu trúc dạng module của PLC giúp việc mở rộng BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT quy mô điều khiển đơn giản, tiết kiệm, không cần phải trang bị CPU mới. Tuy nhiên khi mở rộng cần chú ý tới khả năng kết nối tối đa của CPU. - Khả năng truyền thông, nối mạng với máy tính hay với PLC khác. Khả năng này đáp ứng yêu cầu điều khiển, giám sát từ xa, xây dựng hệ thống SCADA. - Hoạt động với độ tin cậy cao, tuổi thọ cao, chống nhiễu tốt trong môi trường công nghiệp.  Nhược điểm - Phạm vi ứng dụng hạn chế do giá thành cao nên không đáp ứng các yêu cầu điều khiển đơn giản. Với những yêu cầu này thì bộ điều khiển tiếp điểm sẽ hiệu quả kinh tế hơn. - Yêu cầu người lắp đặt ban đầu, lập trình phải có hiểu biết chuyên môn về PLC. 2.1.2.2 Vai trò Với những ưu nhược điểm như đã nêu trên, PLC thể hiện ưu điểm vượt trội và hiện nay đã thay thế hệ thống điều khiển tiếp điểm truyền thống trong các nhà máy, dây chuyền công nghệ. Việc thay thế này giúp hệ thống hoạt động tin cậy và hiệu quả hơn, tiết kiệm nhân công và tránh những thao tác sai của người vận hành. 2.1.3 PLC dòng A của hãng Mitsubishi  Dạng module PLC dòng A được coi là sản phẩm đầu tiên khoảng năm 1980 của hãng Mitsubishi chỉ sau K-series. Dù là đã ra đời từ lâu nhưng không phải vì thế mà không được lựa chọn sử dụng cho các thiết bị công nghiệp hiện nay. PLC dòng A vẫn được kết hợp đầy đủ mọi tính năng, module đi kèm, sự hoạt động nhạy bén của nó vẫn được người dùng ưa BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hình 2. 2 Lịch sử phát triển của các dòng PLC Mitsubishi chuộng. Có lẻ thuộc dạng module đầu tiên nên độ cồng kềnh hơn so với cái dòng sau như Q, Fx. [2]  Khả năng đa dạng Có thể phối hợp PLC CPU (cơ bản & nâng cao), Motion, Process Controllers và ngay cả PC vào trong một hệ thống duy nhất lên đến 4 CPU khác nhau. Điều này tạo cho người sử dụng sự chọn lựa hướng điều khiển, ngôn ngữ lập trình – tất cả cùng chung trên một nền tảng duy nhất.[2] Linh động và phân cấp là đặc tính thiết kế chủ chốt làm cho dòng Q thực sự là một nền tảng tự động hóa duy nhất. Người dùng có thể sử dụng trong điều khiển đơn giản các loại máy móc riêng lẻ hoặc quản lý toàn bộ thiết bị tất cả cùng trên một nền tảng phần cứng.[2] BỘ MÔN ĐIÊN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6