Đề tài hệ thống trung chuyển hàng hóa sử dụng PLC Mitsubishi FX

MỤC LỤC
Chương 1: Giới thiệu đề tài...................................................................2
1.1 Lý do chọn đề tài............................................................................2
1.2 Mục tiêu của đề tài.........................................................................2
1.3 Yêu cầu thiết kế của đề tài.............................................................2
Chương 2: Phân tích hệ thống...............................................................4
2.1 Nguyên lý làm việc:........................................................................4
2.2 Đầu vào/ra hệ thống.......................................................................5
2.3 Mô tả đầu vào/ra............................................................................6
2.4 Bảng địa chỉ đầu vào/ra.................................................................7
Chương 3 Lập trình điều khiển.............................................................8
3.1 Biểu đồ chức năng điều khiển- Grafcet........................................8
3.2 Phân tích lựa chọn PLC, sơ đồ nối dây........................................9
3.2.1 Phân tích lựa chọn PLC...........................................................9
3.2.2 Sơ đồ nối dây...........................................................................11
3.3 Sơ đồ lập trình LAD.....................................................................12
Chương 4: Mô phỏng và kết luận........................................................14
4.1 Mô phỏng HMI.............................................................................14
4.2 Mơ phỏng sơ đồ lập trình LAD...................................................15
4.3 Kết luận.........................................................................................17
Tài liệu tham khảo:............................................................................17

1


Chương 1: Giới thiệu đề tài
1.1 Lý do chọn đề tài
Hệ thống trung chuyển hàng hóa là 1 hệ thống rất cần thiết trong lĩnh vực sản xuất,
thương mại đến đời sống con người. Để di chuyển rất nhiều sản phẩm thì ta tốn rất
nhiều tiền bạc, sức lực và cả thời gian để có thể làm được việc đó. Vì vậy ta cần 1
hệ thống có thể giảm bớt các tài nguyên đó bằng cách sử dụng hệ thống chung

chuyển hàng hóa giúp tiết kiệm được tiền bạc thuê nhân cơng, sức lức và thời gian
để có thể đạt được năng xuất cao và hiệu quả nhất
Xuất phát từ nhu cầu thực tế. Em chọn đề tài : “ Thiết kế hệ thống trung chuyển
hàng, biểu đồ chức năng điều khiển hệ thống trung chuyển hàng từ băng chuyền
này sang băng chuyền khác” để giải quyết được bài toán trung chuyển theo một các
thuận tiện nhất, đồng thời em có thể áp dụng những kiến thức đã được học về đề
tài. Đây là 1 cơ hội để em có thể tìm hiểu thêm về kiến thức mới, rèn luyện tính
độc lập, tự chủ trong giải quyết 1 bài tốn lớn và tinh thần làm việc.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Hiểu rõ đặc điểm, tính năng và cấu trúc của hệ thống trung chuyển hàng. Đưa ra
những tính năng hiển thị, hệ cảnh báo quá tải để có thể đạt được những mục tiêu
thực tế :
-

Giải quyết các vấn đề về trung chuyển hàng
Tích hợp các thiết bị phần cứng
Phù hợp trong nhiều trường hợp, có thể áp dụng vào nhiều lĩnh vực khác
Có thể kết nối với những hệ thống khác để làm được nhiều công việc phức
tạp hơn
- Giúp người quản lý có thể kiểm tra giám sát quá trình trung chuyển từ xa
bằng cách tiện lợi nhất
1.3 Yêu cầu thiết kế của đề tài
- Sản phẩm nằm dọc theo một băng chuyền và có thể dễ dàng chuyển sang băng
chuyền khác. Trong mỗi lần chuyển, cần tập hợp 4 sản phẩm tại cuối băng chuyền,
sau đó khâu chuyển sẽ thực hiện việc chuyển các sản phẩm đó sang băng chuyền
khác:
 Nâng trong khoảng thời gian 5 giây (nâng cả nhóm 4 sản phẩm),
 Di chuyển sang phải,
2

 Hạ thấp tới vị trí dưới (Hạ sản phẩm xuống băng chuyền),
 Di chuyển sang trái.
Băng chuyền thứ hai có vị trí thấp hơn băng chuyền thứ nhất. Ở vị trí thấp, cánh
tay gắp sản phẩm có thể di chuyển mà không bị va chạm với băng chuyền. Hoạt
động của hệ thống có tính chất lặp lại. Cảm biến quang PE1 có nhiệm vụ phát hiện
sản phẩm tại cuối băng chuyền 1. PE1 có trạng thái khơng tích cực mỗi khi phát
hiện sản phẩm. Cuối băng chuyền có một thanh gá ngang dùng để tập hợp các sản
phẩm trước khi chúng được chuyển sang băng chuyền khác. PE1 phát hiện sản
phẩm thứ tư trước khi nó chạm phải ba sản phẩm đứng chờ và PE1 chỉ tích cực trở
lại khi cả nhóm 4 sản phẩm được di chuyển ra khi băng tải 1.
Khóa giới hạn LSRT và LSLT phát hiện vị trí phải và trái của khâu chuyển.
Khóa giới hạn LSDN nhận biết vị trí dưới của khâu chuyển sản phẩm. Khơng có
khóa giới hạn phát hiện vị trí trên của khâu chuyển sản phẩm.
Khâu dịch chuyển sản phẩm được điều khiển bởi hai xi lanh khí nén kép trong
đó một xilanh điều khiển nâng hạ và một xi lanh điều khiển dịch chuyển trái và
phải. Mỗi xi lanh được điều khiển bởi hai đầu ra. Khi đầu ra tích cực, khâu dịch
chuyển sản phẩm sẽ dịch chuyến sản phẩm cho tới khi đầu ra khơng tích cực. Khâu
ngừng dịch chuyển ngay khi đầu ra khơng tích cực. Khâu dịch chuyển sẽ không
dịch chuyển nếu các đầu ra tác động đồng thời ngược nhau (ví dụ trái và phải).
Khi hệ thống hoạt động, IN_MOTOR phải tích cực để băng chuyền 1 hoạt
động. Băng chuyền 1 không được dừng khi khâu dịch chuyển hoạt động. Khoảng
cách các sản phẩm đủ lớn để khâu dịch chuyển sản phẩm quay trở về trước khi sản
phẩm tiếp theo rơi xuống. Sơ đồ logic dạng bậc thang không cần điều khiển băng
chuyền 2.
Khi khởi động, khơng có sản phẩm tại vị trí cuối của băng chuyền 1. Nút bấm
dừng có thể tác động tại bất kì thời điểm nào, trừ khi khâu dịch chuyển đang ở vị
trí dưới và đặt sản phẩm sang băng chuyền 2. Khi hệ thống đang ngừng, nhấn nút
khởi động thì hệ thống sẽ tiếp tục hoạt động tại trạng thái ngừng trước đó. Khi
đang ngừng, các đầu ra đều khơng tích cực.

Nút bấm khởi động lại được sử dụng để khởi tạo các trạng thái. Khi nhấn nút
khởi động, khơng có sản phẩm nào trong vị trí cuối của băng chuyền 1. Nút khởi
động lại khơng có tác dụng nếu hệ thống đang hoạt động. Hệ thống có 4 nút bấm
điều khiển để đưa khâu dịch chuyển về vị trí khởi tạo. Để sử dụng các nút bấm
3


điều khiển này, phải nhấn và giữ nút khởi động lại (trước đó cần phải ngừng hoạt
động của hệ thống).
Hệ thống cho phép sai số thời gian là  0.1 giây.

Chương 2: Phân tích hệ thống
2.1 Nguyên lý làm việc:

- Đưa sản phần lên trên băng chuyền vào, sản phẩm đi qua cảm biến PE1 sau đó
các sản phẩm sẽ tập hợp đến thanh dừng. Khi cảm biến PE1 trước đó đã đếm đủ 4
sản phẩm sẽ đến khâu trung chuyển, khi đó sản phẩm sẽ được điều khiển bởi hai xi
lanh khí nén kép trong đó một xi lanh điều khiển nâng hạ và một xi lanh điều khiển
dịch chuyển trái phải.Sau đó sản phẩm sẽ được băng chuyền ra dịch chuyển để
phục vụ mục đích sử dụng.

4


- Hệ thống có cả chế độ tự động hoặc điều khiển bằng tay phụ thuộc vào từng tình
huống hoặc mục đích sử dụng.

2.2 Đầu vào/ra hệ thống
Đầu vào bao gồm :
- Start

- Stop
- Reset
- Nút điều khiển tự động AUTO
- Nút điều khiển bằng tay MANUAL
- Cảm biến quang PE1
- Nút nâng JOG_UP
- Nút hạ JOG_DN
- Nút dịch chuyển trái JOG_LT
- Nút dịch chuyển phải JOG_RT
- Một đầu analog đếm số sản phẩm
- Khóa giới hạn dưới LSDN
- Khóa giới hạn trái LSLT
- Khóa giới hạn phải LSRT
Đầu ra hệ thống Bao gồm:
-

Điều khiển nâng UP_CYL
Điều khiển hạ DN_CYL
Điều khiển dịch trái LT_CYL
Điều khiển dịch phải RT_CYL
Điều khiển động cơ băng chuyền IN_MOTOR
Khóa giới hạn dưới LSDN
Khóa giới hạn trái LSLT
Khóa giới hạn phải LSRT

5


2.3 Mô tả đầu vào/ra
Các đầu vào/đầu ra được định nghĩa như sau:

Biến

Mơ tả

START_PB

Nút khởi động,NO. Tích cực khi khởi động

STOP_PB

Nút dừng, NC. Khơng tích cực khi cần dừng hệ thống

RESET_PB

Nút khởi động lại, NO. Tích cực khi đưa hệ thống về trạng thái ban
đầu.

PE1

Cảm biến quang, khơng tích cực khi phát hiện sản phẩm.

LSDN

Khóa giới hạn, tích cực khi khâu dịch chuyển đang ở vị trí dưới

LSRT

Khóa giới hạn, tích cực khi khâu dich chuyển ở vị trí bên phải.

LSLT

Khóa giới hạn, tích cực khi khâu dịch chuyển ở vị trí bên trái.

JOG_UP

Nút nâng, NO. Tích cực khi nâng khâu dịch chuyển và khởi động lại.

JOG_DN

Nút hạ, NO. Tích cực khi cần hạ khâu dịch chuyển và khởi động lại.

JOG_LT

Nút dịch chuyển trái, NO. Tích cực khi cần dịch trái khâu dịch
chuyển và khởi động lại.

JOG_RT

Nút dịch chuyển phải, NO. Tích cực khi cần dịch phải khâu dịch
chuyển và khởi động lại

UP_CYL

Điều khiển nâng, tích cực khi nâng, khơng tích cực khơng có tác
dụng.

DN_CYL

Điều khiển hạ, tích cực khi hạ, khơng tích cực khơng có tác dụng.

LT_CYL

Điều khiển dịch trái, tích cực khi dịch trái, trạng thái khơng tích cực
khơng có tác dụng.

RT_CYL

Điều khiển dịch phải, tích cực khi dịch phải, trạng thái khơng tích
cực khơng có tác dụng.

IN_MOTOR

Điều khiển động cơ băng chuyền 1. Tích cực khi cần cho băng
chuyền hoạt động.

6


2.4 Bảng địa chỉ đầu vào/ra
Biến

Mitsubishi

START_PB

X000

STOP_PB

X001

RESET_PB

X014

PE1

X002

LSDN

X007

LSRT

X005

LSLT

X011

JOG_UP

X012

JOG_DN

X006

JOG_LT

X010

JOG_RT

X004

UP_CYL

Y002

DN_CYL

Y004

LT_CYL

Y005

RT-CYL

Y003

IN_MOTOR

Y001

7

Chương 3 Lập trình điều khiển
3.1 Biểu đồ chức năng điều khiển- Grafcet

8


3.2 Phân tích lựa chọn PLC, sơ đồ nối dây
3.2.1 Phân tích lựa chọn PLC
Trong đề tài này em lựa chọn sử dụng PLC Mitsubishi FX3U-16MR/DS. Dòng sản
phẩm mới PLC FX3U là thế hệ thứ ba trong gia đình họ FX-PLC, là một PLC dạng
nhỏ gọn và thành công của hãng Mitsubishi Electric.
PLC Mitsubishi dòng F/FX được ra đời từ năm 1981, là một loại PLC micro
của hãng Mitsubishi nhưng có nhiều tính năng mạnh mẽ. Loại PLC này được tích
hợp sẵn các I/O trên CPU. Tùy theo model mà các loại này có dung lượng và bộ
nhớ khác nhau. Dung lượng bộ nhớ có thể từ 2kStep đến 8kStep (hoặc 64kStep nếu
gắn thêm bộ nhớ ngoài). Tổng số I/O có thể lên đến 256 I/O. Riêng với FX3U có
thể lên đến 384 I/O. Số module mở rộng có thể lên đến 8 module.
 Các CPU PLC Mitsubishi dòng FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU
(Main Unit) như ngõ ra xung hai tọa độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID,
đồng hồ thời gian thực…
 Module mở rộng nhiều chủng loại như Analog, nhiệt độ, điều khiển vị trí,
các module mạng như Cclink, Profibus….
 Có các board mở rộng (Extension Board) như Analog, các board dùng
cho truyền thông chuẩn RS232, RS422, RS485, và
 Phần mềm lập trình PLC FX series : FXGP_WIN_E, GX_Developer.
 Ngơn ngữ lập trình ladder , Instruction, SFC
Sản phẩm được thiết kế đáp ứng cho thị trường quốc tế, tính năng đặc biệt mới là
hệ thống “adapter bus” được bổ xung cho hệ thống bus hữu ích cho việc mở rộng
thêm những tính năng đặc biệt và khối truyền thơng mạng. Khả năng tối đa có thể
mở rộng lên đến 10 khối trên bus mới này. Với tốc độ xử lý cực mạnh mẽ, thời

gian chỉ 0.065µs trên một lệnh đơn logic, cùng với 209 tập lệnh được tích hợp sẵn
và cải tiến liên tục đặc biệt cho nghiệp vụ điều khiển vị trí. Dịng PLC mới này cịn
cho phép mở rộng truyền thơng qua cổng USB, hỗ trợ cổng Ethernet và Cổng lập
trình RS-422 mini DIN. Với tính năng mạng mở rộng làm cho PLC này nâng cao
được khả năng kết nối tối đa về I/O lên đến 384 I/O, bao gồm cả các khối I/O qua
mạng.
PLC Mitsubishi FX3U-16MR/DS có tổng 16 I/O, 8 Input (DI),8 Relay Output
(DO) nguồn cấp 24V DC công suất 25W kích thước 130x90x86.

9


Thông số kĩ thuật chung

10


3.2.2 Sơ đồ nối dây
Đấu nối nguồn cấp:

Nếu kí hiệu có 2 chân L và N thì PLC dùng nguồn 220V
Cịn 2 chân + và – thì PLC dùng nguồn 24V

Đấu nối đầu vào

Sink: Dương chung kích âm
Source: Âm chung kích dươn

11

3.3 Sơ đồ lập trình LAD
Network 1: Điều khiển hệ thống

Network 2: Băng chuyền 1 chạy

Network 3: Sau khi đếm đủ 4 sản phẩm, cảm biến PE1 phát hiện sản phẩm cuối
khâu trung chuyển thực hiện chuyển sản phẩm

Network 4: Sản phẩm được nâng lên trong 5s

Network 5: Sau 5s di chuyển sang phải

12


Network 6: Hạ thấp sản phẩm xuống băng chuyển 2

Network 7: Di chuyển sang trái

Network 8: Nút khởi động lại

13


Chương 4: Mô phỏng và kết luận
4.1 Mô phỏng HMI

14

4.2 Mơ phỏng sơ đồ lập trình LAD
Network 1: Điều khiển hệ thống

Network 2: Băng chuyền chạy

Network 3: Sau khi đếm đủ 4 sản phẩm, cảm biến PE1 phát hiện sản phẩm cuối
khâu trung chuyển thực hiện chuyển sản phẩm

Network 4: Sản phẩm được nâng lên trong 5s

Network 5: Sau 5s di chuyển sang phải

15


Network 6: Hạ sản phẩm xuống băng chuyền 2

Network 7: Di chuyển sang trái

Network 8: Nút khởi động lại

16


4.3 Kết luận: Sau quá trình học tập và nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn của
thầy và sự giúp đỡ của các bạn , em đã hoàn thành các nhiệm vụ được giao của bản
đồ án môn học “Thiết kế hệ thống trung chuyển hàng hóa“
Trong q trình thực hiện do trình độ cịn hạn chế nên khơng tránh khỏi những sai
sót nên em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cơ giáo và các

bạn để bản đồ án này được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Tài liệu tham khảo:
1. />2. />
17