Máy in lụa tự động sử dụng PLC s7 1200 điều khiển qua HMI

TỔNG QUAN

ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, nhu cầu và thị hiếu của con người ngày càng tăng, dẫn đến yêu cầu cao về số lượng và chất lượng sản phẩm Điều này thúc đẩy các dây chuyền sản xuất trong công nghiệp phải hiện đại hóa, với mức độ tự động hóa cao hơn thông qua việc áp dụng các kỹ thuật điều khiển tiên tiến và sử dụng thiết bị điện - điện tử cùng máy tính.

Trong bối cảnh hội nhập toàn cầu, Việt Nam đang tiến vào giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa, trong đó tự động hóa trở thành yếu tố thiết yếu cho mọi ngành nghề kỹ thuật Việc áp dụng tự động hóa trong công nghiệp không chỉ giúp giảm bớt sức lao động chân tay mà còn nâng cao năng suất lao động Một ví dụ điển hình là máy in lụa tự động, giúp loại bỏ nhiều công đoạn mà trước đây con người phải thực hiện, nhờ vào sự thay thế của máy móc Hiện nay, thị trường có nhiều loại máy in lụa, chủ yếu là máy thủ công và bán tự động, nhưng vẫn tồn tại hạn chế do cần sự can thiệp của người vận hành và sử dụng thiết bị cơ khí quy mô nhỏ Do đó, cần cải tiến các công đoạn này bằng cách thay thế các phần điều khiển cơ khí bằng thiết bị điện – điện tử Xuất phát từ thực tế đó, nhóm sinh viên đã chọn đề tài “MÁY IN LỤA TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200 ĐIỀU KHIỂN QUA HMI” để nghiên cứu, nhằm củng cố kiến thức và áp dụng công nghệ tự động vào sản xuất.

Nhóm thực hiện đề tài sẽ thiết kế một hệ thống cấp phôi tự động sử dụng van hút chân không, kết hợp với bộ điều khiển PLC S7-1200 và màn hình HMI để điều khiển Hệ thống này bao gồm cả phần in và hệ thống sấy sau in, nhằm tạo ra một dây chuyền hoàn chỉnh sẵn sàng đưa vào sử dụng Đề tài này hứa hẹn sẽ mang đến thêm sự lựa chọn cho người dùng trong việc sử dụng các dây chuyền in lụa với mức độ tự động hóa cao.

MỤC TIÊU

 Thiết kế và thi công phần cứng cho máy in lụa tự động

 Sử dụng PLC điều khiển hệ thống thông qua HMI và bảng điều khiển

 Sử dụng giác hút chân không để giữ phôi trong quá trình cấp phôi lên băng tải

 Điều khiển động cơ bước thông qua bộ điều khiển công suất để cấp phôi tự động lên băng tải

 Ứng dụng PLC vào máy in lụa tự động để giảm bớt sức lao động, chi phí… để nâng cao năng suất.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

 NỘI DUNG 1: Tı̀m hiểu qui trı̀nh in lụa và các máy in lụa trên thực tế

 NỘI DUNG 2: Thiết kế và thi công phần cứng máy in lụa tự động

 NỘI DUNG 3: Thi công tủ điê ̣n điều khiển

 NỘI DUNG 4: Thiết kế lưu đồ điều khiển, giao diê ̣n HMI

 NỘI DUNG 5: Lâ ̣p trı̀nh PLC, cha ̣y thử nghiê ̣m dây chuyền

 NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiê ̣n và hướng mở rô ̣ng.

GIỚI HẠN

 In lên sản phẩm là khăn lạnh, túi nilon hoặc thiệp cưới

 Sử dụng van hút chân không cấp phôi tự động

 Kích thước khổ in: tối đa 300x400 mm

 Sử dụng động cơ bước để cấp phôi lên băng tải

 Phần khung in sử dụng xylanh khí nén để truyền động

 Hệ thống điều khiển phần in và phần sấy còn riêng biệt nhau

 Bộ điều khiển sử dụng PLC S7-1200, kết hợp màn hình HMI để điều khiển hệ thống in.

BỐ CỤC

Trı̀nh bày lý do cho ̣n đề tài, mu ̣c tiêu đề tài, nô ̣i dung nghiên cứu đề tài, giới ha ̣n và bố cu ̣c đề tài

 Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết

Quy trình in lụa bao gồm các bước từ chuẩn bị nguyên liệu, thiết kế mẫu in, đến thực hiện in và hoàn thiện sản phẩm PLC S7-1200 là một trong những thiết bị điều khiển tự động phổ biến, với khả năng lập trình linh hoạt và hiệu quả HMI (Giao diện người-máy) cho phép người dùng tương tác dễ dàng với hệ thống, và việc lập trình giao diện HMI cần chú ý đến tính thân thiện và dễ sử dụng Sự giao tiếp giữa HMI và PLC S7-1200 là rất quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động mượt mà và chính xác.

 Chương 3: Thiết Kế và Tính Toán

Thiết kế phần cơ khí, tủ điê ̣n, sơ đồ khối hê ̣ thống điê ̣n điều khiển và lựa cho ̣n các thiết bi ̣ phù hợp

 Chương 4: Thi Công Dây Chuyền

Trı̀nh tự thi công dây chuyền, cha ̣y dây chuyền

 Chương 5: Kết quả, Nhâ ̣n Xét, Đánh Giá

Nhâ ̣n xét và đánh giá kết quả đa ̣t được

 Chương 6: Kết Luâ ̣n và Hướng Phát Triển

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

QUY TRÌNH IN KHĂN LẠNH

2.1.1 Mô tả quy trình chuẩn bị

Hı̀nh 2.1: Hı̀nh ảnh mẫu khăn lạnh

Thành phần hỗn hợp mực in lụa như sau:

 Phôi in (khăn lạnh trơn)

 Mực PP - PE TOBO (Đài Loan) 50%

 Dung môi chậm khô (TOBO hay dung môi 783) 50%

 Dầu ông già pha loãng vừa in

Bước 1: Kết hợp mực TOBO, mực HMK, dung môi, butan và dầu ông già vào khay đựng Sử dụng dao để khuấy đều cho đến khi tất cả nguyên liệu hòa quyện thành một khối thống nhất Thời gian khuấy mực sẽ phụ thuộc vào tỉ lệ hỗn hợp, miễn sao mực sệt và đồng nhất là đạt yêu cầu.

Bước 2: Sau khi mực in đã được pha đều ta trải mực lên khung in, rồi tiến hành in

2.1.2 Mô tả quy trình in Đầu tiên đưa phôi vào vị trí in Trên khung in, dao trải mực sẽ trải mực đều lên khung lụa sau đó khung in được đặt lên phôi và dao in sẽ gạt mực xuống phôi Quá trình in kết thúc.

GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG

Trong đề tài này sẽ thực hiê ̣n thi công dây chuyền in lụa tự động thực tế Đầu tiên nhóm xây dựng phần cứng cho dây chuyền:

 Sử dụng bàn nâng để nâng phôi lên vị trí của tay lấy phôi

 Tay lấy phôi sử dụng giác hút chân không để giữ phôi

 Sử dụng động cơ bước để đưa phôi từ bàn nâng sang băng tải in

 Băng tải in đưa phôi vào vị trí in

 Khung in sẽ in mẫu lên phôi

 Băng tải sấy sẽ sấy khô mực in

Dây chuyền phần điều khiển sẽ sử dụng PLC S7-1200 để thực hiện điều khiển toàn bộ hệ thống, kết hợp với các thiết bị như cảm biến, công tắc hành trình và van khí.

Thiết bị đầu vào: Nút nhấn, công tắc, cảm biến, encoder

Thiết bị đầu ra: Động cơ, xylanh, van khí, relay, contactor, SSR, mạch điều khiển công suất cho động cơ bước

Thiết bị điều khiển trung tâm: PLC S7-1200

Thiết bị giao diện điều khiển: màn hı̀nh HMI WEINTEK

Cảm biến quang (Photoelectric Sensor) được sử dụng phổ biến trong các nhà máy công nghiệp để phát hiện vật thể từ xa, đo khoảng cách và tốc độ di chuyển Đặc biệt, tại nhiều vị trí trong dây chuyền sản xuất, cảm biến quang trở thành lựa chọn không thể thiếu.

Cảm biến quang được hình thành từ các linh kiện quang điện, hoạt động dựa trên sự thay đổi tính chất khi có ánh sáng thích hợp chiếu vào bề mặt Ánh sáng này sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện thông qua hiện tượng phát xạ điện tử ở cực catot (Cathode) Kết quả là cảm biến cung cấp đầu ra để thực hiện các yêu cầu công nghệ cụ thể.

Cảm biến quang được chia ra làm 3 loại:

 Loại quang phản xạ hồi quy

 Loại quang phản xạ khuếch tán

Hı̀nh 2.2: Cảm biến quang loại truyền phát

 Cấu ta ̣o: Gồm có bộ thu và bộ phát độc lập

 Nguyên lý: Vật thể bị phát hiện khi nó chặn ngang trục quang học ở giữa máy phát và máy thu sáng

Cảm biến có ưu điểm nổi bật là khả năng phát hiện vật thể ở khoảng cách xa và xác định chính xác vị trí của chúng Đặc biệt, đối với những vật thể không trong suốt, cảm biến có thể nhận diện mà không bị ảnh hưởng bởi hình dạng, màu sắc hay chất liệu của vật thể.

 Khuyết điểm: Dễ bị bụi bẩn, vết dơ trên thấu kính

 Ứng du ̣ng: Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau

2.2.1.2 Loại phản xạ hồi quy

Hı̀nh 2.3: Cảm biến quang loại phản xạ hồi quy

 Cấu ta ̣o: Gồm có bộ thu, phát ánh sáng và gương phản xạ

 Nguyên lý: Vật thể bị phát hiện khi nó chặn ngang luồng ánh sáng phát ra từ bộ cảm biến và phản xạ lại từ tấm gương phản xạ

Cảm biến phản xạ có nhiều ưu điểm như lắp đặt đơn giản và khả năng phát hiện vật thể ở khoảng cách xa hơn so với các loại cảm biến khác Ngoài ra, việc điều chỉnh trục quang học cũng rất dễ dàng Đặc biệt, cảm biến này có khả năng phát hiện các vật thể không trong suốt mà không bị ảnh hưởng bởi hình dạng, màu sắc hay chất liệu của chúng.

 Khuyết điểm: Dễ bị bụi bẩn, vết dơ trên gương phản xạ

2.2.1.3 Loại phản xạ khuếch tán

Hı̀nh 2.4: Cảm biến quang loại phản xạ khuếch tán

 Cấu ta ̣o: Cảm biến được tích hợp chung phần tử phát sáng và phần tử thu nhận ánh sáng

 Nguyên lý: Loại này sẽ nhận ánh sáng phản xạ lại từ vật thể bị phát hiện

Hệ thống này có nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm việc chỉ cần một điểm lắp đặt duy nhất, giúp tiết kiệm không gian Nó không yêu cầu lắp đặt trục quang học và nếu được trang bị gương phản xạ, có khả năng phát hiện vật thể trong suốt Đặc biệt, hệ thống còn có khả năng phân biệt những khác biệt rất nhỏ về màu sắc.

 Khuyết điểm: Dễ bị bụi bẩn, vết dơ trên thấu kính, khoảng cách phát hiện vật ngắn

Cảm biến tiệm cận (còn được gọi là “Công tắc tiệm cận” hoặc đơn giản là

“PROX” tên tiếng anh là Proximity Sensors) phản ứng khi có vật ở gần cảm biến Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm

Cảm biến hoạt động đáng tin cậy trong những môi trường khắc nghiệt như ngoài trời hoặc nơi có dầu mỡ, thay thế cho các công tắc máy truyền thống như công tắc giới hạn và công tắc micro Điều này cho phép phát hiện vật thể ở gần mà không cần tiếp xúc trực tiếp, nâng cao hiệu suất và độ an toàn trong vận hành.

Nó được ứng dụng nhiều nhất trong việc phát hiện Jig mà không cần tiếp xúc trực tiếp với vật thể

Cảm biến tiệm cận được phân làm hai loại:

 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ

 Cảm biến tiệm cận loại điện dung

2.2.2.1 Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ

Hình 2.5: Cảm biến tiệm cận loại cảm ứng từ

 Cấu ta ̣o: Bao gồm một cuộn dây được cuốn quanh một lõi từ ở đầu cảm ứng

Nguyên lý hoạt động của sensor là dựa vào từ trường do cuộn dây tạo ra, sẽ thay đổi khi có sự tương tác với các vật thể kim loại, do đó sensor chỉ có khả năng phát hiện những vật thể kim loại.

 Ưu điểm: Ít chịu ảnh hưởng của các nhiễu bên ngoài

 Khuyết điểm: Cảm biến cảm ứng chỉ phát hiện được các vật kim loại

 Ứng du ̣ng: Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau bằng kim loại 2.2.2.2 Cảm biến tiệm cận loại điện dung

Hình 2.6: Cảm biến tiệm cận loại điện dung

 Cấu ta ̣o: Gồm 4 bộ phận chính: Cảm biến (các bản cực cách điện), mạch dao động, bộ phát hiện, mạch đầu ra

 Nguyên lý: Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện

Thiết bị này sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng phát hiện mọi loại vật thể với tốc độ chuyển mạch nhanh Nó có thể nhận diện các đối tượng kích thước nhỏ và có phạm vi cảm nhận rộng lớn Đặc biệt, đầu cảm biến nhỏ gọn cho phép lắp đặt linh hoạt ở nhiều vị trí khác nhau.

 Khuyết điểm: Chịu ảnh hưởng của bụi và độ ẩm

 Ứng du ̣ng: Dùng để phát hiện nhiều dạng vật thể khác nhau có thể là chất lỏng, vật liệu phi kim

Encoder là thiết bị mã hóa được sử dụng để quản lý vị trí góc trong các chuyển động quay Có nhiều loại encoder khác nhau, thường được áp dụng cho đĩa quay, bánh xe, trục động cơ và các thiết bị quay khác cần xác định góc chính xác.

Nguyên lý hoạt động của encoder dựa trên một đĩa tròn quay quanh trục, trên đĩa có các lỗ hoặc rãnh Khi đèn LED chiếu sáng lên đĩa, ánh sáng sẽ không xuyên qua các khu vực không có lỗ, trong khi đó, tại các vị trí có lỗ, ánh sáng sẽ đi qua Ở mặt bên kia của đĩa, một cảm biến thu nhận tín hiệu ánh sáng sẽ xác định xem đèn LED có chiếu qua lỗ hay không, từ đó ghi nhận thông tin cần thiết.

Encoder được chia làm 2 loại: Encoder tuyệt đối và Encoder tương đối

Encoder tuyệt đối, nghĩa là tín hiệu ta nhận được chỉ rõ ràng vị trí của encoder, không cần phải xử lý thêm

 Cấu ta ̣o: Một đĩa quay được mã hóa theo các rãnh đồng tâm, một nguồn sáng và

1 tế bào quang điện bố trí thẳng hàng và mạch khuếch đại

 Ưu điểm: Thông tin vị trí là đầu ra số và là giá trị tuyệt đối Giữ được giá trị góc tuyệt đối khi mất nguồn

 Khuyết điểm: Giá thành cao vì chế tạo phức tạp, đọc tín hiệu ngõ ra khó

Ứng dụng đo tốc độ động cơ rất quan trọng trong việc xác định khoảng dịch chuyển của đối tượng thông qua số vòng quay của trục Công nghệ này được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như robot, máy công cụ và hàng không vũ trụ.

Encoder tương đối thường chỉ có tối đa 3 vòng lỗ, nhưng càng nhiều lỗ trên đĩa thì thông tin nhận được càng chính xác Mỗi lần thiết bị đi qua một lỗ, cần lập trình để đo đếm lên 1 đơn vị, do đó loại này được gọi là encoder mã hóa gia tăng (incremental encoder).

 Cấu ta ̣o: Một đĩa quay được mã hóa theo các rãnh đồng tâm, một nguồn sáng và

1 tế bào quang điện bố trí thẳng hàng và mạch khuếch đại

 Ưu điểm: Đầu ra dạng xung, nên trong các hệ thống điều khiển số không cần bộ chuyển đổi ADC Dễ sử dụng, dễ đọc tín hiệu

 Khuyết điểm: Có thể cần mạch giải mã và mạch đếm Không lưu đươc giá trị khi bị mất điện

Ứng dụng đo tốc độ động cơ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khoảng dịch chuyển của đối tượng thông qua việc đo số vòng quay của trục Công nghệ này được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như robot, máy công cụ và hàng không vũ trụ, góp phần nâng cao hiệu quả và độ chính xác trong các hệ thống điều khiển.

2.2.4 Bô ̣ xử lý trung tâm PLC S7-1200

Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 cung cấp tính linh hoạt và sức mạnh vượt trội, cho phép điều khiển nhiều thiết bị khác nhau, đáp ứng hiệu quả các yêu cầu về điều khiển tự động.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

GIỚI THIỆU

In lụa được thực hiện theo nguyên lý tương tự như in mực dầu trên giấy nến, trong đó chỉ một phần mực in thấm qua lưới in Quá trình này diễn ra khi một số mắt lưới đã được bịt kín bằng hóa chất chuyên dụng trước đó, giúp in lên vật liệu một cách chính xác.

Kỹ thuật in này có thể được áp dụng cho nhiều loại vật liệu như nilông, vải, thủy tinh, mặt đồng hồ, mạch điện tử, một số sản phẩm kim loại, gỗ, và giấy Nó cũng có thể thay thế phương pháp vẽ dưới men trong sản xuất gạch men.

Kỹ thuật in lụa, dù thực hiện bằng phương pháp thủ công, bán thủ công hay máy móc, bao gồm các bước chính như: làm khuôn in, chế tạo bàn in, dao gạt, pha chế chất tạo màu, hồ in và tiến hành in.

Với đề tài thiết kế này sẽ bao gồm các phần chı́nh:

 Thiết kế sơ đồ khối

 Tı́nh toán và thiết kế sơ đồ nguyên lý.

THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ

3.2.1 Thiết kế cơ khı́ phần khung in, băng tải in và phần cấp phôi

Sau khi tìm hiểu về dây chuyền in lụa, nhóm đã quyết định chọn sắt hộp và thép tấm làm vật liệu chính Kích thước băng tải được thiết kế là 1540 x 750 x 430mm, khung in có kích thước 710 x 400 x 280mm, và phần cấp phôi có kích thước 800 x 200mm.

Hı̀nh 3.1: Mô hı̀nh phần khung in và băng tải

Băng tải được trang bị encoder để đo lường quãng đường di chuyển, trong khi khung in có cảm biến để xác định giới hạn hành trình của các xy lanh Thiết kế cơ khí phần nâng phôi được chú trọng nhằm đảm bảo hiệu quả và độ chính xác trong quá trình vận hành.

Khung sắt sẽ được chế tạo từ sắt hộp, inox tấm và sắt trụ đặc Các kích thước của khung sẽ được thiết kế và tính toán kỹ lưỡng dựa trên yêu cầu kích thước của phôi in.

Hı̀nh 3.2: Mô hı̀nh phần nâng phôi

3.2.3 Thiết kế cơ khı́ phần tủ điê ̣n

Tủ điện có kích thước 500x400mm và được lắp đặt phía bên dưới của khung băng tải in

Hı̀nh 3.3: Mô hı̀nh thiết kế tủ điê ̣n

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN

3.3.1 Thiết kế sơ đồ khối hê ̣ thống

Sơ đồ khối của toàn bộ dây chuyền bao gồm các khối như khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200, khối nguồn và các khối khác, tạo nên mô hình hoàn chỉnh cho hệ thống Đề tài thiết kế sẽ gồm các khối này để đảm bảo sự hoạt động hiệu quả và đồng bộ của toàn bộ dây chuyền.

 Khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200

 Khối điều khiển động cơ

 Khối điều khiển van khí

KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM

KHỐI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

KHỐI ĐIỀU KHIỂN VAN KHÍ

Hình 3.4: Sơ đồ khối của hệ thống

 Chức năng từng khối

 Khối xử lý trung tâm: Có chức năng điều khiển hoa ̣t đô ̣ng của toàn hệ thống

 Khối nguồn: Có chức năng cung cấp nguồn cho toàn bô ̣ hê ̣ thống hoa ̣t đô ̣ng

 Khối nút nhấn: Có chức năng tắt, mở và thiết lập trạng thái ban đầu cho hệ thống

 Khối cảm biến: Có chức năng gửi tín hiệu về xử lý khối trung tâm

 Khối HMI: Có chức năng điều khiển hoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thống

 Khối điều khiển động cơ: Có chức năng điều khiển đô ̣ng cơ.

 Khối điều khiển van khí: Có chức năng điều khiển van khí.

 Khối đô ̣ng cơ: Có chức năng điều khiển băng tải, điểu khiển bàn nâng, di chuyển tay hút phôi

 Các thông số của các khối chı́nh

 Khối điều khiển trung tâm: PLC S7-1200 1214C có tı́n hiê ̣u vào và tı́n hiê ̣u ra là tı́n hiê ̣u số.

 Khối nguồn: Có tı́n hiê ̣u vào là nguồn điê ̣n 220V và tı́n hiê ̣u ra là 24V.

 Khối cảm biến: Cảm biến sẽ có tı́n hiê ̣u vào là tı́n hiê ̣u số.

 Khối HMI: Giao tiếp với PLC qua cổng Ethenet

3.3.2 Tính toán và thiết kế mạch

3.3.2.1 Thiết kế khối xử lý trung tâm

Hiê ̣n nay trên thi ̣ trường có rất nhiều loa ̣i PLC khác nhau của các hãng như Siemens, Panasonic, Omron, ABB, Rockwell, …

Sau khi nghiên cứu các hãng và nhận được sự góp ý từ giáo viên hướng dẫn, nhóm thực hiện đã quyết định chọn PLC S7-1200 của Siemens để lập trình Với cấu hình xử lý nhanh và giá thành hợp lý, nhóm đã lựa chọn CPU 1214C DC/DC/DC Dưới đây là một số thông số cơ bản của CPU này.

 Điện áp hoạt động: 24VDC

 Số lượng ngõ vào số: 14 (24VDC)

 Số lượng ngõ vào Analog: 2 (0 – 10 VDC)

 Số lượng ngõ ra số: 10 (24 VDC)

 Bộ nhớ chương trình: 100 KB

3.3.2.2 Thiết kế khối cảm biến

Trong đề tài này khối cảm biến có chức năng phát hiện vật sau đó gửi tín hiệu dạng số về PLC

 Thông số kỹ thuâ ̣t của cảm biến tiệm cận SN04 - N:

- Cảm biến tiệm cận loại gần

- Khoảng cách phát hiện tối đa 5 mm

- Loại ngõ ra: NPN - NO

- Điện áp cung cấp: 6 ~ 36 VDC

Hình 3.5: Cảm biến tiệm cận SN04 – N

 Thông số kỹ thuâ ̣t của cảm biến từ RCM:

- Cảm biến công tắc từ

- Điện áp hoat động: 5 ~ 240 VDC

- Dòng điện tối đa: 100 mA

Hình 3.6: Cảm biến từ RCM

 Thông số kỹ thuâ ̣t của cảm biến quang E3C-DS10T:

- Loại phản xạ khuếch tán

- Dòng tiêu thụ 40 mA max

Hình 3.7: Cảm biến quang E3C-DS10T

 Thông số kỹ thuật của Amplifier E3C-JC4P cho cảm biến E3C-DS10T

Hình 3.8: Amplifier E3C-JC4P 3.3.2.3 Khối điều khiển động cơ

 Khối điều khiển động cơ AC

Khối trung gian cho phép đóng cắt nguồn điện xoay chiều 1 pha giúp các thiết bị sử dụng nguồn xoay chiều hoạt động hiệu quả hơn Vì đầu ra ở PLC là 24V trong khi các thiết bị như động cơ băng tải và động cơ bàn nâng sử dụng điện áp 220VAC, nên nhóm sử dụng Relay, contactor và SSR để cung cấp điện 220VAC cho các thiết bị này.

Thông số kỹ thuâ ̣t Relay:

- Điê ̣n áp hoa ̣t đô ̣ng: 5 -10A/ 24-30VDC.

Hình 3.9: Hı̀nh ảnh thực tế Relay

Thông số kỹ thuâ ̣t SSR:

- Điê ̣n áp hoa ̣t đô ̣ng: 48~480VAC.

Hình 3.10: Hı̀nh ảnh thực tế SSR

Thông số kỹ thuâ ̣t Contactor:

- Điê ̣n áp làm việc định mức: 440VAC.

Hình 3.11: Hı̀nh ảnh thực tế Contactor

 Khối điều khiển động cơ bước

Là module chuyên dụng để điều khiển động cơ bước lưỡng cực

Thông số kỹ thuâ ̣t Module TB6560-3A:

- Có khả năng điều khiển các chế độ: full step, half step, vi bước (1/8 và 1/16 step)

- Các chế độ được thiết lập bởi phần cứng

Hình 3.12: Hı̀nh ảnh thực tế module TB6560-3A 3.3.2.4 Khối điều khiển van khí

Dòng ngõ ra tối đa của PLC là 0.5A, dòng định mức của van khí là 96mA

Để bảo vệ PLC do dòng nhỏ và tần suất đóng ngắt cao, nhóm sử dụng mạch trung gian để điều khiển van khí Mạch kích tín hiệu DC được thiết kế với BJT TIP31A, cho phép dòng tối đa lên đến 3A.

Hình 3.13: Mạch kích tín hiệu DC

Trong dây chuyền nhóm sử dụng động cơ bước để điều khiển tay hút phôi, sử dụng động cơ AC để điểu khiển bàn nâng phôi và băng tải

 Thông số kỹ thuật động cơ bước KH56KM2U004A:

Hình 3.14: Động cơ bước KH56KM2U004A

 Thông số kỹ thuật động cơ bàn nâng MSM425 - 412:

- Tốc độ quay: 90 ~ 1400 vòng/phút

 Thông số kỹ thuật động cơ băng tải TC-FV/FB-02A1:

- Tốc độ quay: 1760 vòng/phút

Hình 3.16: Động cơ TC-FV/FB-02A1 3.3.2.6 Khối van khı́

Van khí đóng mở bằng điện giúp tăng tốc độ và độ chính xác trong quá trình điều khiển thiết bị khí nén Sau khi nghiên cứu các loại van khí từ nhiều nguồn tài liệu, nhóm đã quyết định chọn van điện từ YPC SF4101-IP-SD2-D4 để điều khiển quá trình đóng mở khí.

Hı̀nh 3.17: Van điện từ YPC SF4101-IP-SD2-D4

Thông số kỹ thuâ ̣t YPC SF4101-IP-SD2-D4:

- Điện áp cuộn coil: 24VDC

- Thời gian đáp ứng: 25ms.

- Nhiê ̣t đô ̣ môi trường xung quanh từ 5 o C ~ 60 o C

Do PLC có ngõ vào là 24VDC nên nhóm chọn nút nhấn loại có điện áp 24VDC

Khối HMI được sử dụng để điều khiển các thiết bị thông qua giao diện màn hình cảm ứng, phổ biến trong nhiều lĩnh vực như điện tử, giáo dục và công nghiệp Nhóm đã chọn màn hình HMI WEINTEK MT8071iP để điều khiển hệ thống trực tiếp Để điều khiển toàn bộ hệ thống thông qua màn hình HMI, cần tìm hiểu cách giao tiếp và truyền dữ liệu giữa PLC S7 – 1200 và HMI.

Hı̀nh 3.19: HMI WEINTEK MT8071iP Thông số kỹ thuâ ̣t:

- HMI có màn hı̀nh 7 inch.

- Loa ̣i màn hı̀nh: LCD TFT Color.

- Đô ̣ phân giải hı̀nh ảnh: 800 x 480 pixels.

- Cổng giao tiếp RS – 232C, RS 485, Ethernet, USB

- Điê ̣n áp hoa ̣t đô ̣ng: 24VDC.

Khối nguồn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống hoạt động Trong mô hình, hai khối nguồn được sử dụng để cung cấp điện là 24VDC và 220VAC.

Khối nguồn 220VAC: Cung cấp nguồn cho đô ̣ng cơ, contactor

Khối nguồn 24VDC cung cấp điện cho nhiều thiết bị như PLC S7-1200, các module mở rộng, cảm biến, nút nhấn, cuộn coil van điện từ, HMI, SSR, relay và bộ điều khiển công suất cho động cơ bước.

Bảng 3.1: Bảng tiêu thu ̣ dòng điê ̣n của các khối

Khối nguồn Các thiết bi ̣ và linh kiê ̣n Dòng tiêu thu ̣

Module mở rô ̣ng SM 1232 20mA

Cảm biến quang và Amplifier 140mA x 2

Cảm biến từ RCM 100mA x 2

Cảm biến tiệm cận SN04 – N 300mA x 3

Màn hı̀nh HMI 500mA

Cuộn coil van điện từ 96mA x 7

Bộ driver động cơ bước 500mA

Contactor Động cơ băng tải Động cơ bàn nâng

Từ bảng tiêu thu ̣ dòng điê ̣n của các khối và các thiết bi ̣ trên, ta có dòng tiêu thụ là:

Nguồn 24VDC: Sử du ̣ng bô ̣ nguồn tổ ong 24V 10A

Nguồn 220VAC: Sử du ̣ng nguồn điê ̣n xoay chiều dân du ̣ng 220V/50Hz

3.3.3 Thiết kế sơ đồ đi dây tủ điê ̣n

3.3.3.1 Sơ đồ nối dây mạch điều khiển

Loại PLC nhóm sử dụng trong dây chuyền là S7-1200 1214C DC/DC/DC Hı̀nh dưới đây là sơ đồ nối dây cho PLC S7-1200

XU N G Đ /K Đ /C B Ư Ớ C VA N 1 VA N 2 VA N 3 VA N 4 M O TO R BĂ N G T ẢI

VA N 5 N ÂN G P H Ô I T HU Ậ N N ÂN G P H Ô I N G H ỊC H

EN CO D ER ST O P RE SE T CB Đ ẦU K H U N G IN CB H O M E

CB C U Ố I K H U N G IN CB T RÊ N K H U N G IN CB D Ư Ớ I K H U N G IN

CB H T TR ÊN B À N N ÂN G E- ST O P

Để điều khiển động cơ bước trong hệ thống PLC S7-1200, cần sử dụng driver để điều khiển động cơ và có thể bổ sung mạch kích tín hiệu DC cho nhóm.

CT RL 0 VD C CT RL 0 VD C CT RL 0 VD C CT RL 0 VD C CT RL 0 VD C

Hı̀nh 3.21: Sơ đồ kết nối dây mạch kích tín hiệu DC và driver động cơ bước

Bảng 3.2: Đi ̣a chı̉ kết nối ngõ vào trên PLC

STT Tên thiết bi ̣ Đi ̣a chı̉ kết nối ngõ vào trên PLC

5 Cảm biến đầu khung in I0.4

6 Cảm biến cuối khung in I0.5

8 Cảm biến HT dưới của bàn nâng I0.7

10 Cảm biến trên của khung in I1.1

11 Cảm biến dưới của khung in I1.2

12 Điều khiển tốc độ động cơ bước I1.3

Bảng 3.3: Đi ̣a chı̉ kết nối ngõ ra trên PLC

STT Tên thiết bi ̣ Đi ̣a chı̉ kết nối ngõ ra trên PLC

1 Điều khiển chiều quay động cơ bước Q0.0

8 Động cơ nâng phôi quay thuận Q0.7

9 Động cơ nâng phôi quay nghịch Q1.0

3.3.3.2 Sơ đồ nối dây mạch động lực

Hı̀nh 3.22: Sơ đồ kết nối dây mạch động lực

3.3.3.3 Sơ đồ nối dây khí nén

Hı̀nh 3.23: Sơ đồ kết nối khí nén

Xylanh tay hút phôi Xylanh nâng/hạ Khung in

Xylanh Dao trải mựcXylanh Dao inXylanh Di chuyển cụm dao

Van chân không hút phôi

THI CÔNG HỆ THỐNG

GIỚI THIỆU

Sau khi hoàn tất việc tính toán và lựa chọn thiết bị cho dây chuyền, nhóm đã tiến hành thi công Quá trình thi công bao gồm hai phần chính: phần cơ khí và phần điện.

THI CÔNG HỆ THỐNG

Dựa theo chức năng hoạt động của các thiết bị trong dây chuyền, dây chuyền được chia thành 5 phần:

4.2.1 Thi công lắp ráp phần nâng phôi

Sau khi thiết kế và lựa chọn được các chi tiết phần nâng phôi nhóm sử dụng các linh kiện sau:

Bảng 4.1: Danh sách các linh kiện lắp ráp phần nâng phôi

STT Tên linh kiện Số lượng Thông số Chú thích

1 Inox tấm 2 1m Bàn để phôi và giữ phôi

2 Sắt hộp chữ nhật 2 8m Khung bàn nâng

3 Sắt trũn đặc 4 ỉ20, 2m Điều hướng bàn nõng

Khung bàn nâng được lắp ráp từ các thanh sắt hộp chữ nhật, liên kết bằng mối hàn để tạo thành một khung hoàn chỉnh, làm giá đỡ cho bàn nâng phôi Sau khi hoàn thiện khung, chúng ta gắn giá bàn nâng và ba tấm đỡ phôi Để đảm bảo giá đỡ không bị lệnh khi di chuyển lên xuống, cần gắn bốn thanh sắt tròn đặc ở bốn góc bàn nhằm tạo hướng di chuyển Cuối cùng, để cố định một số chi tiết, chúng ta sử dụng đai ốc và bulong.

Hı̀nh 4.1: Bàn nâng phôi 4.2.2 Thi công lắp ráp phần cấp phôi

Sau khi thiết kế và lựa chọn được các chi tiết phần cấp phôi nhóm sử dụng các linh kiện sau:

Bảng 4.2: Danh sách các linh kiện lắp ráp phần cấp phôi

1 Xylanh CXSM20-50 1 0.7MPa Nâng hạ tay hút

2 Thanh nhôm định hình 1 2m Thanh gắn giác hút chân không

3 Giỏc hỳt chõn khụng 3 ỉ10 Hỳt phụi

4 Bộ dẫn hướng xylanh 1 Để điều hướng khi lấy phôi

5 Dây đai răng 1 2m Di chuyển xylanh

Sau khi gia công các thiết bị, quá trình lắp ráp các linh kiện được thực hiện thông qua việc sử dụng mối hàn và bulong đai ốc Gá đỡ giác hút chân không 6 Bas 3 là một phần quan trọng trong việc đảm bảo sự kết nối chắc chắn và an toàn cho các thiết bị.

Hı̀nh 4.2: Phần cấp phôi

4.2.3 Thi công lắp ráp phần băng tải in

Sau khi thiết kế và lựa chọn được các chi tiết phần băng tải in nhóm sử dụng các linh kiện sau:

Bảng 4.3: Danh sách các linh kiện lắp ráp phần băng tải in

1 Sắt hộp hình chữ nhật

3 Rulụ băng tải 2 ỉ80, 400mm Truyển momen cho băng tải

4 Băng tải PVC xanh trơn 1 4m, 350x400mm Vận chuyển phôi

5 Sắt tấm 3mm 3 400x600mm Tạo mặt phẳng để phôi

Sau khi gia công các thiết bị ta tiến hành gắn các linh kiện lại với nhau bằng mối hàn và bulong đai ốc

Hı̀nh 4.3: Băng tải in

4.2.4 Thi công lắp ráp tủ điện.

Sau khi thiết kế và chọn lựa thiết bị điện nhóm sử dụng các thiết bị sau:

Bảng 4.4: Danh sách các thiết bị lắp ráp tủ điện phần in

1 Contactor 2 220VAC / 9A Đóng ngắt động cơ bàn nâng và quạt hút

1 24VDC Bộ điều khiển trung tâm

3 SM 1223 1 24VDC Module I/O digital mở rộng

5 CB đơn 2 220V,10A Đóng ngắt nguồn cho phần điều khiển và phần động lực

6 Nguồn tổ ong 1 24VDC / 10A Nguồn cấp điện áp ra

7 Terminal 3 Đấu nối dây điện

8 Bas 3 Để gắn cố định các thiết bị điện lên đế tủ điện

9 Máng nhựa 1 2x0.3x0.5m Máng nhựa đi dây điện

Sau khi gia công các thiết bị ta tiến hành gắn các linh kiện lại với nhau bằng mối hàn và bulong đai ốc

Hı̀nh 4.4: Tủ điện phần in

4.2.5 Lắp ráp, kiểm tra mô hı̀nh

Sau khi hoàn thiện thiết kế từng phần của mô hình, chúng ta tiến hành lắp ráp các phần lại với nhau Tiếp theo, thực hiện cân chỉnh các thiết bị và sắp xếp mô hình một cách hợp lý theo yêu cầu đề tài.

Hı̀nh 4.5: Mô hı̀nh lắp ráp hoàn chı̉nh

LẬP TRÌNH HÊ ̣ THỐNG

4.3.1 Lưu đồ giải thuâ ̣t Đối với hê ̣ thống mô hı̀nh này sẽ được điều khiển thông qua màn hı̀nh HMI và bảng điều khiển Khi cấp nguồn cho hê ̣ thống khởi đô ̣ng, bô ̣ xử lý trung tâm PLC S7 –

Hệ thống 1200 được cấp điện và có khả năng hoạt động ở chế độ điều khiển bằng tay (Manual) cũng như điều khiển tự động (Auto), với thông tin được hiển thị trên màn hình HMI.

4.3.1.1 Lưu đồ toàn hệ thống

Hı̀nh 4.6: Lưu đồ toàn bô ̣ hê ̣ thống Sai

Nút “RESET” được nhấn? Đưa hệ thống về vị trí mặc định ban đầu

Giải thı́ch lưu đồ:

Dựa vào lưu đồ, trước tiên cần khai báo các ngõ vào, ra cho PLC Sau đó, nhấn nút RESET để đưa hệ thống về vị trí mặc định Tiếp theo, kiểm tra chế độ điều khiển; nếu chọn chế độ "Auto", hệ thống sẽ thực hiện chương trình con trong chế độ điều khiển tự động Ngược lại, nếu chọn chế độ điều khiển khác, quy trình sẽ thay đổi.

“Manual” thì sẽ thực hiện chạy chế độ chương trình con điều khiển bằng tay

4.3.1.2 Lưu đồ các chương trình con

Hình 4.7: Lưu đồ điều khiển chương trình con chế độ điều khiển bằng tay

Sai Đúng Sai Đúng Đúng

Nút “LÊN” được nhấn? Đúng

Nút “TRẢI MỰC” được nhấn?

Chương trình điều khiển bằng tay

Dao trải mực đi xuống

Cụm dao di chuyển sang phải

Cụm dao di chuyển sang trái

Hình 4.8: Lưu đồ điều khiển chương trình con chế độ điều khiển tự đô ̣ng Đúng Sai

Chương trình hệ thống hoạt động tự động Nhập các giá trị về mẫu in từ HMI

Chương trình điều khiển tự đô ̣ng

Dừng hệ thống Nút “STOP” được nhấn?

Hình 4.9: Lưu đồ chương trình con hệ thống hoạt động tự động

Chương trình điều khiển hệ thống cấp phôi

Chương trình hệ thống hoạt động tự động

Bàn nâng đi lên Đủ số lượng phôi?

Hạ khung in Đủ xung encoder?

Chương trình điều khiển quá trình in Đúng Băng tải chạy

Cảm biến phôi thấy phôi?

4.3.2 Lâ ̣p trı̀nh cho PLC S7 – 1200

Trong đồ án này, nhóm đã quyết định sử dụng phần mềm TIA Portal của Siemens, một giải pháp tự động hóa đầu tiên trong ngành công nghiệp với một môi trường tích hợp duy nhất cho tất cả các tác vụ TIA Portal, viết tắt của Totally Integrated Automation Portal, mang đến hệ thống kỹ thuật thông minh và trực quan hơn, với giao diện dễ nhìn và tính năng “kéo-thả” tiện lợi, giúp đơn giản hóa quá trình lập trình.

Hı̀nh 4.10: Giao diê ̣n Main (OB1) lâ ̣p trı̀nh chương trı̀nh 4.3.3 Phần mềm lâ ̣p trı̀nh màn hı̀nh HMI

Nhóm đã sử dụng phần mềm EasyBuilder Pro để lập trình giao diện cho màn hình HMI, đồng thời cài đặt địa chỉ tương thích để kết nối HMI với PLC S7 – 1200.

Hı̀nh 4.11: Trang giao diê ̣n màn hı̀nh chı́nh

Hı̀nh 4.12: Trang giao diê ̣n màn hı̀nh chọn chế độ Auto/Manual

Hı̀nh 4.13: Trang giao diê ̣n hiển thị lỗi

Hı̀nh 4.14: Trang giao diê ̣n màn hı̀nh Auto

Hı̀nh 4.15: Trang giao diê ̣n màn hı̀nh Manual

KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	6,6 MB