BAO CAO ĐỀ TÀI GIÁM SÁT MÔ HÌNH PHÂN PHỐI SẢN PHẢM TRÊN FACTORY IO

CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1
ĐỀ TÀI SỐ 07 :

ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH PHÂN PHỐI

SẢN PHẨM
GVHD: Th.S TRẦN VĂN SỸ
SVTH: NGUYỄN ĐỨC CHUNG - 16542276
VÕ TẤN THỂ - 16542293
PHAN TẤN NAM - 16542287
HỌC KỲ: II _ NĂM HỌC: 2019 - 2020

TP.HỒ CHÍ MINH _ 08 - 2020

SVTH : Nhóm 7

Trang 1


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay hệ thống điều khiển tự động (với công nghệ kỹ thuật số, vi xử lý, PLC,…)
khơng cịn xa lạ với chúng ta. Nó ra đời đáp ứng được nhu cầu thiết yếu trong cuộc sống,
giảm sức lao động của con người, đem lại hiệu quả kinh tế rõ rệt, nâng cao chất lượng sản
phẩm, tăng năng suất lao động, hạ giá thành sản phẩm, sử dụng nguyên liệu tiết kiệm vv…Vì
vậy, điều khiển tự động đã trở thành một ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu và ứng
dụng vào nhiều lĩnh vực trong lao động sản xuất, trong đời sống sinh hoạt của con người.
Tự động hóa là một nhu cầu khơng thể thiếu trong q trình phục vụ vận chuyển trong
công việc ngày nay. Việc ứng dụng các hệ thống vận chuyển sản phầm trong các nhà máy
cơng nghiệp vào tự động hóa dây chuyền vận chuyền mà cụ thể hơn ở đây là dây chuyền
phân phối sàn phểm giúp cho việc phân loại sản phẩm trở nên linh hoạt hơn, hiệu quả hơn.
Với nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự động trong việc vận chuyển phân phối sản phẩm và với
kiến thức của sinh viên năm thứ 4 tại trường đại học chúng em chọn đề tài“ ĐIỀU KHIỂN
VÀ GIÁM SÁT MƠ HÌNH PHÂN PHỐI SẢN PHẨM ” để nghiên cứu và tìm hiểu.
Do u cầu về kiến thức về thiết kế, tính tốn và điều khiển chính xác đối với thiết kế
phần cứng là rất cao nên nhóm chúng em khơng tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, rất mong
muốn được sự chỉ bảo thêm của thầy và đóng góp của bạn bè để đồ án được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS. Trần Văn Sỹ đã giúp đỡ chúng em hoàn
thành chuyên đề này !

SVTH : Nhóm 7

Trang 3


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.....................................................................................................................................

.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
.....................................................................................................................................
Tp.HCM, ngày …. tháng 08 năm 2020
GVHD
Th.S. Trần Văn Sỹ

MỤC LỤC
SVTH : Nhóm 7

Trang 5


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

CHƯƠNG 1
MÔ TẢ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ
I.

Mơ tả nhiệm vụ

Điều khiển băng tải và thang máy phân phối sản phẩm sử dụng PLC Siement S7 1200,
cảm biến quang khuếch tán , cảm biến tiệm cận , thang máy, băng tải .
Hệ thống hoạt động như sau: có 2 chế độ hoạt động là auto hay manual. Giả sử ta
chọn nút vặn trên bảng điểu khiển ở chế độ Auto sau đó chúng ta nhấn nút start hệ thống bắt
đầu hoạt động.
Đèn start sáng, băng tải 0 hoạt động cung cấp hộp chứa sản phẩm vào vị trí thang máy
được phát hiện bởi 2 cảm biến quang có tên là at0 (low) và at0 (high)) => thang máy nâng tải
có hộp đi lên, đèn cảnh báo sáng, dừng băng tải 0.
Khi cảm biến tiệm cận ở vị trí 1 (có tên là at1 (low)) phát hiện có hộp thì cho dừng
thang máy, đèn cảnh báo tắt, băng tải 1 hoạt động đưa sản phẩm Floor1 vào hộp, cảm biến
quang có tên at1 ở vị trí cuối băng tải 1 phát hiện sản phẩm đi ngang qua sẽ đếm tăng giá trị
sản phẩm lên 1. Q trình này diễn ra trong vịng 8s.
Sau 8s tiếp tục cho thang máy đi lên, đèn cảnh báo sáng, cảm biến tiệm cận có tên at1
(high) phát hiện có hộp thì cho dừng băng tải 1, cảm biến tiệm cận ở vị trí 2 (có tên là at2
(low)) phát hiện có hộp thì cho dừng thang máy, đèn cảnh báo tắt, băng tải 2 hoạt động đưa
sản phẩm Floor2 vào hộp, cảm biến quang có tên at2 ở vị trí cuối băng tải 2 phát hiện sản
phẩm đi ngang qua sẽ đếm tăng giá trị sản phẩm lên 1. Q trình này diễn ra trong vịng 8s .

SVTH : Nhóm 7

Trang 7


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Sau 8s tiếp tục cho thang máy đi lên, đèn cảnh báo sáng, cảm biến tiệm cận có tên at2
(high) phát hiện có hộp thì cho dừng băng tải 2, cảm biến tiệm cận ở vị trí 3 (có tên là at3
(low)) phát hiện có hộp thì cho dừng thang máy, đèn cảnh báo tắt, băng tải 3 hoạt động đưa
sản phẩm Floor3 vào hộp, cảm biến quang có tên at3 ở vị trí cuối băng tải 3 phát hiện sản
phẩm đi ngang qua sẽ đếm tăng giá trị sản phẩm lên 1. Q trình này diễn ra trong vịng 6s.
Sau 6s dừng băng tải 3 cho thang máy đi xuống, đèn cảnh báo sáng, cảm biến tiệm cận
ở vị trí 1 có tên at1 (low) phát hiện có hộp thì cho dừng thang máy, đèn cảnh báo tắt, băng tải
1 hoạt động đưa sản phẩm Floor1 vào hộp, cảm biến quang có tên at1 ở vị trí cuối băng tải 1
phát hiện sản phẩm đi ngang qua sẽ đếm tăng giá trị sản phẩm lên 1. Quá trình này diễn ra
trong vòng 6s.
Sau 6s dừng băng tải 1 cho thang máy đi xuống, đèn cảnh báo sáng, 2 cảm biến tiệm
cận ở vị trí 0 có tên at0 (low) và at0 (high) phát hiện có hộp thì cho dừng thang máy, đèn
cảnh báo tắt, băng tải 0 hoạt động cung cấp hộp chứa sản phẩm vào vị trí thang máy đồng
thời đưa hộp sản phẩm ra ngoài kết thúc một chu kỳ làm việc. Quá trình tiếp theo lặp lại như
ban đầu.
Khi hệ thống đang hoạt động, nếu nhấn nút Stop hệ thống sẽ dừng làm việc sau khi
kết thúc một chu kỳ. Có sử dụng nút dừng khẩn cấp EMS. Nút nhấn Reset để Reset lại hệ
thống phân phối sản phẩm.

Hình 1: Mơ hình băng tải phân phối sản phẩm
SVTH : Nhóm 7

Trang 9


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Sơ đồ bố trí thiết bị

II.

BT
3

BT
2

BT
1

CB at3

CB at2

CB at3

(Low)

CB at2

(High)

CB at2

(Low)

CB at1

(High)

CB at1

(Low)

CB at1

CB at0

(Low)

CB at0

(High)
BẢNG ĐIỂU
KHIỂN

CB at elevator

HỘP SP
SVTH : Nhóm 7

Trang 11


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

BT
0

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

HỘP SP

THANG MÁY

CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG MƠ HÌNH
I.

Giới thiệu về phần mềm Factory I/O.

Factory IO là phần mềm của Real Game dùng để mơ phỏng các hệ thống điều khiển tự
động hóa trong các nhà máy, xí nghiệp, và training kỹ năng lập trình.

Hình 2.1: Giao diện chính của phần mềm.
Giao diện 3D, hỗ trợ thêm góc nhìn thứ nhất có thể quan sát tồn bộ hệ thống một cách
chi tiết.

SVTH : Nhóm 7

Trang 13


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Hình 2.2: Cánh tay robot cấp phơi cho máy gia cơng

Hình 2.3: Một dây chuyền được chụp hình từ phía đối diện
Có thể quan sát toàn bộ hệ thống một cách chi tiết từ mọi góc nhìn. Có thể thay đổi tốc
độ chuyển động của các công đoạn bằng thanh trượt thời gian.

SVTH : Nhóm 7

Trang 15


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Hình 2.4: Dây chuyền được chụp từ góc nhìn khác
Đa dạng các hệ thống mơ phỏng có sẵn (Scenes) từ đơn giản đến phức tạp giúp người
dùng linh hoạt các thuật toán điều khiển. Thiết bị phong phú, có đến 90% các thiết bị thường
dùng trong nhà máy.

Hình 2.5: Băng tải.
Hệ thống đơn giản cho người mới làm quen với phần mềm và điều khiển.

Hình 2.6: Hệ thống cấp liệu bằng Bucket Elevator

SVTH : Nhóm 7

Trang 17


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Đến những hệ thống có độ phức tạp hơn. Ngồi ra người dùng có thể tự thiết kế một hệ
thống cho riêng mình. Phần mềm cung cấp hơn 30 loại linh kiện phổ biến (cảm biến, băng
chuyền, nút nhấn, pusher, elevator, robot arm, ....). Linh kiện càng phong phú thêm với
những bản cập nhật mới.

Hình 2.7: Các thiết bị cơ bản trong Factory IO cung cấp

Hình 2.8: Các thiết bị cơ bản trong Factory IO đã lấy ra


Điều khiển.

SVTH : Nhóm 7

Trang 19


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Kết nối với nhiều loại PLC thực của các hãng, các chuẩn truyền thông, giao tiếp khác
nhau. Cung cấp nhiều driver điều khiển cho các thiết bị điều khiển kết nối từ bên ngồi hoặc
giữa các phần mềm khác với nhau.

Hì
nh Hình 2.9: Danh sách các Driver mà Factory IO hỗ trợ

Hình
2.10: Cấu hình IO với các thiết bị có sử dụng
II.

Các bước thiết kế mơ hình.

SVTH : Nhóm 7

Trang 21


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Bước 1: Mở màn hình giao diện thiết kế

Hình 2.11: Màn hình thiết kế
Bước 2: Chọn các thiết bị cần thiết kế cho mơ hình

SVTH : Nhóm 7

Trang 23


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Hình 2.12: Tạo khung cho hệ thống

Hình 2.13: Băng tải và sản phẩm mơ phỏng

Hình 2.14: Tủ điều khiển

SVTH : Nhóm 7

Trang 25


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Hình 2.15: Băng tải và thang máy

Hình 2.16: Mơ hình hồn thiện hệ thống
SVTH : Nhóm 7

Trang 27


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

CHƯƠNG 3
THIẾT BỊ VÀ THIẾT KẾ SƠ ĐỒ
I.

Thiết bị dùng trong mô hình.

Danh sách các thiết bị dùng trong mơ hình.
ST
T

Tên thiết bị

Số lượng

1

Thang máy

1

2

Băng tải

5

3

Cảm biến quang

6

4

Cảm biến tiệm cận

7

5

Nút nhấn

4

6

Nút gạt

1

7

Đèn báo hiệu thang máy

1

8

Đèn báo hiệu nút nhấn

3

9

Bộ hiện thị sản phẩm

1

10

Động cơ

7

11

PLC S7 - 1200

1

II.
1.

Chọn thiết bị.
Chọn PLC
Chọn PLC S7-1200 viết trên phần mềm tiaport V13 của hãng Siemens
•
•

CPU

1214C, COMPACT

14

DC/DC/DC
DI:24VDC; 10
DO:24VDC; 2 AI:0 –

10VDC

SVTH : Nhóm 7

Trang 29


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

•

Article no: 6ES7 214-1AG40-0XB0
Version: V4.2
Work memory 100 KB; 24VDC power supply with DI14 x 24VDC SINK/SOURCE,

•

DQ10 x 24VDC and AI2 on board; 6 high-speed counters and 4 pulse outputs on
board; signal board expands on-board I/O; up to 3 communication modules for serial
communication; up to 8 signal modules for I/O expansion; 0.04 ms/1000 instructions;
PROFINET interface for programming, HMI and PLC to PLC communication
ONBOARDI/O

•

14DI-24VDC
10DO-24VDC

•
•

2AI0-10VDC
POWERSUPPLY:DC

SVTH : Nhóm 7

Trang 31


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

20.4-28.8VDC
MANUFACTURE : SIEMENS
•

IO MỞ RỘNG

6ES7222-1HF30-0XB0 – Module S7-1200, DIGITAL I/O SM1222C, 8DO

Hãng sx: Siemens AG

Xuất xứ: Trung Quốc
Trọng lượng: 0,18 (kg)
Nổi bật tính năng
Bộ điều khiển mở rộng từ S7 -1200 với phương án mở rộng linh hoạt:
+ 1 bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB)
+ 0, 2 hoặc 8 module tín hiệu (SM) tùy vào dịng CPU lần lượt CPU 1211C, CPU 1212C, và
CPU 1214C
+ Có thể có lớn nhất 3 module truyền thơng (CM)
+ Cổng truyền thơng Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thơng 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
Tốc
độ
truyền
10/100
Mbits/s
SVTH : Nhóm 7

Trang 33


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

Hỗ
trợ
16
TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol.
2.


GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

kết

nối

ethernet

Cảm biến quang
Cảm biến quang OMRON E3Z-T61

Cảm biến quang dòng E3Z của Omron là dòng cảm biến nhỏ gọn, đa năng, được ứng
dụng rất phổ biến trong các ngành công nghiệp



Sơ đồ nguyên lý



Thông số kỹ thuật

SVTH : Nhóm 7

Trang 35


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Chọn động cơ
Do động cơ thường có tốc độ khá cao, trong khi ta lại chỉ cần tốc độ quay khá nhỏ, vì vậy
ta phải sử dụng động cơ hộp giảm tốc
3.

Động cơ liền hộp giảm tốc bánh răng xoắn ốc MOTOX (MOTOX Helical Geared
Motors)

Xuất xứ: SIEMENS
Số Lượng: 07
-

Động cơ băng tải đưa pallet vào
Động cơ đưa pallet lên xuống
Động cơ băng tải đưa thùng vào
Động cơ đưa pallet ra

Thông số kỹ thuật
Công suất đầu vào: P = 0,18Kw - 160 Kw
Điện áp: 3 pha – 380 V
Tần số: 50 Hz
SVTH : Nhóm 7

Trang 37


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

Thiết kế bộ giảm
tốc

SVTH : Nhóm 7

Số giai đoạn

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Biên độ tỉ số truyền
Mô-men

Mô-men bộ giảm tốc
định mức lớn nhất

Trang 39


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

E38

1 stage

1,59 – 9,33

82 Nm

E48

1 stage

1,52 – 11,30

170 Nm

E68

1 stage

1,41 – 12,40

250 Nm

E88

1 stage

1,71 – 10,33

450 Nm

E108

1 stage

1,81 – 5,46

745 Nm

E128

1 stage

1,36 – 10,14

1.000 Nm

E148

1 stage

1,64 – 13,67

1.550 Nm

Z18, D18

2 stage, 3 stage

3,58 – 200,36

90 Nm

Z28, D28

2 stage, 3 stage

3,33 – 241,05

140 Nm

Z38, D38

2 stage, 3 stage

4,77 – 191,75

220 Nm

Z48, D48

2 stage, 3 stage

4,28 – 208,77

450 Nm

Z68, D68

2 stage, 3 stage

3,49 – 281,01

800 Nm

Z88, D88

2 stage, 3 stage

3,11 – 300,41

1.680 Nm

Z108, D108

2 stage, 3 stage

3,42 – 359,30

3.100 Nm

Z128, D128

2 stage, 3 stage

3,07 – 268,16

5.100 Nm

Z148, D148

2 stage, 3 stage

4,44 – 336,11

8.000 Nm

Z168, D168

2 stage, 3 stage

4,46 – 341,61

14.000 Nm

Z188, D188

2 stage, 3 stage

8,30 – 243,82

20.000 Nm

4.

Chọn thiết bị đóng cắt:

SVTH : Nhóm 7

Trang 41


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Aptomat (MCCB) Compact LV429842 3P 63A Schneider

Nhà sản xuất: Schneider Electric
Mã sản phẩm: LV429842
Mô tả: Aptomat khối (MCCB) Easypact 3 pha, Frame size 100AF
Dịng định mức 63A
Dịng cắt ngắn mạch 50kA
Thơng số kỹ thuật
Aptomat (MCCB) Compact LV429842 3P 63A Schneider

Chọn khởi động từ:
Khởi động từ
LC1D25M7 25A
SKU: LC1D25M7
Cơng suất(kW):

SVTH : Nhóm 7

Mã sản phẩm:

LV429842

Số cực:

3

Frame size:

100AF

Dịng định mức:

63A

Dịng cắt ngắn mạch:50kA
Kích thước:

Schneider
11kW Coil 220V

15HP, 11kW

Tiêu chuẩn:

IEC 947-2

Xuất xứ:

Schneider

Trang 43


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Dòng định mức(A): 25
Tiếp điểm phụ(NO): 1
Tiếp điểm phụ(NC): 1

5.

Chọn Role nhiệt:

Rơ le nhiệt Mitsubishi TH-T18 6.6A (5.2-8A)
Thơng số kỹ thuật
Dịng định mức: 10A
Loại bảo vệ: Bảo vệ động cơ, bảo vệ pha
Reset: tự động hoặc bằng tay, chỉ thị TRIP
Khoảng điều chỉnh: 7…10

6.

Chọn công tắc chuyển mạch:

Công tắc chuyển mạch 2 vị trí ABB C2SS

SVTH : Nhóm 7

Trang 45


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Thông số kỹ thuật:
Loại: C2SS1-10B-11
Mã sản phẩm: 1SFA619200R1076
Đường kính: 22mm

Điện áp: 300V
Dịng định mức(A): 5
Tiêu chuẩn: IEC 60947-1, IEC 60947-5-1, IEC 60947-5-5, IEC 60073, IEC 60529
Tiếp điểm: 1NC + 1 NO
Chọn nút nhấn:
Nút nhấn stop Emergency.
Nút dừng khẩn cấp ABB CE4T-10R-20, 22mm

Mô tả
SVTH : Nhóm 7

Trang 47


CHUYÊN ĐỀ TỐT NGHIỆP 1

GVHD: ThS. TRẦN VĂN SỸ

Nút nhấn dừng khẩn cấp khơng có đèn, màu đỏ, độ bền 50,000 lần thao tác
–
Đường
kính
lỗ
khoan
lắp
đặt
22mm
– Độ bền cơ khí: 500,000 lần thao tác, điện áp cách điện 300V, dòng định mức nhiệt: 5A
– Chế tạo bằng vật liệu polycarbonate không ảnh hưởng tới tầng Ơzơn
– Đáp ứng tiêu chuẩn IEC 60947-1, IEC 60947-5-1, IEC 60947-5-5, IEC 60073, IEC 60529

7.

Nút nhấn điều khiển: (ON, OFF, RESET)

Nút nhấn nhả ABB CP1-10L-11, 22mm

Mơ tả:
Nút
nhấn
đầu
bằng
(Flush
button)
–
Đường
kính
lỗ
khoan
lắp
đặt
22mm
– Độ bền cơ khí: 500,000 lần thao tác, điện áp cách điện 300V, dòng định mức nhiệt: 5A
– Chế tạo bằng vật liệu polycarbonate khơng ảnh hưởng tới tầng Ơzơn
– Đáp ứng tiêu chuẩn IEC 60947-1, IEC 60947-5-1, IEC 60947-5-5, IEC 60073, IEC 60529
Chọn đèn cảnh báo:
Đèn báo động cảnh báo nguy hiểm, đèn chớp xoay ĐCB-01

SVTH : Nhóm 7

Trang 49