ĐỒ ÁN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG MÔ HÌNH CHIẾT RÓT TỰ ĐỘNG

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Giới thiệu đề tài

Nhằm ứng dụng kiến thức đã học và sự hướng dẫn của giáo viên, nhóm em quyết định thiết kế một hệ thống tích hợp các yếu tố thiết kế, lập trình và đấu dây trong chuyên ngành điện- điện tử Động cơ bước và động cơ DC là những thành phần quan trọng trong công nghiệp, được sử dụng rộng rãi trong các máy sản xuất Các ứng dụng cơ bản như điều khiển vị trí, vận tốc và gia tốc trong các cơ cấu servo máy CNC, băng tải và robot đều yêu cầu những giải pháp điều khiển đa dạng, phù hợp với từng công việc và điều kiện làm việc để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Nhóm muốn áp dụng những điều trên vào một đề tài nên nhóm đã chọn đề tài: “Mô

Hình Chiết Rót Tự Động”

Mục đích của đề tài

Sử dụng PLC, động cơ servo và động cơ DC để điều khiển mô hình trong hai chế độ Auto và Manual, giúp xây dựng và phát triển dây chuyền tự động trong các nhà máy Điều này nhằm thay thế sức lao động của con người và đạt được năng suất tối ưu.

Phạm vi của đề tài

Áp dụng các kiến thức đã học để xây dựng mô hình thực nghiệm, cụ thể:

- Tìm kiếm tài liệu qua sách vở, mạng xã hội, hỏi người có chuyên môn

- Tiến hành lắp mạch và text mô hình trực tiếp dưới sự góp ý của giáo viên hướng dẫn.

BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH

Bộ điều khiển

 6ES7215-1AG40-0XB0 – PLC S7-1200 CPU 1215C, DC/DC/DC

Bộ điều khiển mở rộng từ S7 với phương án mở rộng linh hoạt:

+ 1 bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB)

+ 8 mô đun tín hiệu (SM)

+ Có thể có lớn nhất 3 modun truyền thông (CM)

+ Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) đƣợc tích hợp sẵn:

 Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC-PLC

 Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở

 Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo

 Hỗ trợ 16 kết nối ethernet

Hình 1 PLC S7-1200 CPU 1215C, DC/DC/DC

 TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol

- Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:

+ 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz

+ 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo (servo drive)

+ Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…

+ 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto-tune functionality)

Khối ngõ vào

Hình 2 Cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3

 Cung cấp điện áp: DC 6-36 V

 Ngõ ra : NPN cực thu để hở

 Đường kính của đầu dò : 12mm

8 chân dẹt to Loại tiêu chuẩn, tích hợp diodes, tích hợp dòng CR, không đèn, có đèn Điện áp cuộn dây

Kiểu lắp đặt Chân cắm

Bảng 1 Thông số Relay Hình 3 Rơ le trung gian Omron

Khối ngõ ra

2.3.1 Khối điều khiển động cơ bước

+ Module điều khiển động cơ bước TB6560 là module chuyên dùng điều kiển động cơ bước lưỡng cực

+ Module có các chế độ full bước, nửa bước và vi bước

+ Phương pháp điều kiển đơn giản, chọn dòng ra từ 0.3A đến 3A

+ Tích hợp opto cách ly 6N137 tốc độ cao cách ly tín hiệu điều kiển với board điều khiển, an toàn và chống nhiễu

+ TB6560 có tản nhiệt nhôm lớn, tản nhiệt hiệu quả

+ Thích hợp với động cơ bước 43, 57, 86,

+ Có công tắc setup dòng tải tối đa 3A

+ Có công tắc setup vi bước 1:1, 1:2, 1:8, 1:16

+ Có công tắc để cài vị trí luôn cố định

+ Sử dụng đơn giản, cấp nguồn, thông số morto và xung điều kiển

+ Modul TB6560 sử dụng nguồn cấp 12V-DC hoặc 24V-DC cấp cho động cơ bước hoạt động

+ Tạo ra điện áp 5V-DC cấp cho các khối còn lại

+ Cách ly tín hiệu điều khiển với khối Driver động cơ

- Khối tín hiệu điều khiển:

+ Gồm 6 chân: EN-, EN+, CW-, CW+, CLK-, CLK+

+ EN-, EN+: Tín hiệu cho phép/không cho phép modul hoạt động

+ CW-, CW+: Tín hiệu điều khiển chiều quay của động cơ

+ CLK-, CLK+: Tín hiệu xung điều khiển bước quay động cơ

+ Với thiết kế 2 chân điều khiển 1 chức năng nhƣ thế này, modul TB6560 cho phép người dùng tùy chọn tín hiệu điều khiển là 0 hoặc 1

+ Ví dụ khi nối các chân EN+, CW+, CLK+ lên +5V-DC thì ta sẽ đƣa tín hiệu điều khiển 0V vào các chân EN-, CW-, CLK-

- Khối thiết lập chế độ:

+ Gồm các switch cho phép người dùng thiết lập các chế độ tùy chọn như: Chọn dòng điện chạy qua động cơ, điều chỉnh độ rộng góc bước

+ Sử dụng IC TB6560 điều khiển hoạt động cử động cơ bước

+ Gồm 4 chân: A+, A-, B+, B- cho phép kết nối với 4 đầu dây của động cơ bước lƣỡng cực

Hình 5 Sơ đồ đấu dây Động cơ bước với Module TB6560 3A

2.3.2 Động cơ điều khiển băng tải

 Điện áp:Định mức: 24VDC

 Tốc độ:Khi không tải: 134 vòng/60s

 Momen:Định mức: 7,5 kgf.cm

 Xoắn tối đa: 13 kgf.cm

 Khoảng cách lỗ bắt ốc: 4Cm

 Đường kính động cơ: 3,6Cm

 Đường kính trục động cơ: 8mm

 Chiều dàu động cơ: 4,4Cm

Hình 7 Máy bơm DC 3.7 MB370

2.3.4 Động cơ điều khiển mâm xoay

Thô ng số kỹ thuật:

Mẫu: PG42-775 Điện áp hoạt động: 12-24V

Tỷ lệ giảm: 91:1 Điện áp định mức: 24V

Vòng quay 24V mỗi phút: 90/ phút

Hình 8 Động cơ DC 24V có hộp số

2.3.5 Động cơ điều khiển đóng nắp

Bước Góc 1.8 o ± 5% Điện trở 500VDC/100MΩ/Min

Bền điện môi 50Hz/minute | 500V/Min

Mô-men xoắn tĩnh tối đa 2.5(kg.cm)

Kích thước trục 34mm Đường kính trục 12.7/14 mm (tùy chọn) với rãnh then

Dây Dây màu đỏ -A,Dây màu vàng –B,

Dây màu xanh lá cây –C,Dây màu xanh dương -D

Bảng 2 Thông số động cơ bước

2.3.6.Động cơ bước điều khiển đóng nắp

+ Khoảng điện áp hoạt động 6 - 24V DC

+ Motor có đường kính thân 46.5mm, chiều dài 60mm, đường kính trục 5mm, chiều dài trục 25mm

+ Tốc độ và dòng khi hoạt động không tải: 8000RPM, dòng không tải 0.18A

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

Sơ đồ nối dây

3.3.Thiết kế và thi công mô hình

Hình 111 Sơ đồ khối của mô hình

Cảm biến tiệm cận PLC S7-1200

Module TB6560 3A Động cơ bước Động cơ bơm nước Động cơ điều khiển băng tải Động cơ điều khiển mâm xoay Động cơ điều khiển đóng nắp

STT Tên thiết bị Hình ảnh

1 PLC S7-1200 CPU 1215C, DC/DC/DC

9 Rơ le trung gian Omron MY2N

Hình 122 Bảng các thiết bị thi công

3.4.Giải thuật và chương trình

Bài toán: Chiết rót nước và đóng nắp chai tự động

Bài toán có 2 chế độ : Chế độ bằng tay (Manual) và Tự động (Auto)

Gạt Switch về 0 để điều khiển chế độ bằng tay (Manual) :

 Nhấn S1 để điều khiển băng tải vào

 Nhấn S2 để điều khiển mâm xoay

 Nhấn S3 để điều khiển động cơ bơm nước

 Nhấn S4 để điểu khiển động cơ đóng nắp

 Nhấn S5 để điểu khiển bang tải ra

Gạt Switch lên 1 để điều khiển bằng chế độ tự động (Auto):

Sau khi nhấn nút khởi động, băng tải sẽ hoạt động sau 5 giây Mâm xoay sẽ bắt đầu hoạt động khi gặp cảm biến, đồng thời bơm và cơ cấu đóng nắp sẽ hoạt động trong 10 giây (trong đó băng tải hoạt động trong 2 giây từ giây thứ 8) Quá trình này sẽ lặp lại, với mâm xoay và băng tải đưa sản phẩm ra ngoài.

Chức năng của các nút nhấn:

Switch Auto, Manual:Chuyển đổi chế độ bằng tay và tự động

Băng tải vào: điều khiển băng tải vào

Băng tải ra: điều khiển băng tải ra

Xả nước: điều khiển bơm nước Đóng nắp: điều khiển đóng nắp chai

Mâm xoay: điều khiển mâm xoay

Back:quay về trang trước

Các biến khai báo IOTag:

Các biến khai báo Data Block:

Giải Thuật