Thiết kế hệ thống điều khiển công nghệ phân loại sản phẩm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ XNCN
====o0o====

BÀI TẬP LỚN
THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
CÔNG NGHỆ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Nhóm thực hiện
: Nhóm 9
Giáo viên hướng dẫn
: ThS. Đào Quý Thịnh
Sinh viên thực hiện
:
Tống Văn Luật
: 20101836 - ĐK&TĐH 4
Nguyễn Trung Đức : 20101415 - ĐK&TĐH 4
Nguyễn Phụ Công : 20101184 - ĐK&TĐH 4
Cao Trọng Dũng
: 20101285 - ĐK&TĐH 4
Lê Xuân Giảng
: 20101445 - ĐK&TĐH 4

Hà Nội, 8 – 2014


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Nhóm sinh viên thực hiện : Nhóm 9
Gồm :
Tống Văn Luật

: 20101836 - ĐK&TĐH 4

Nguyễn Trung Đức

: 20101415 - ĐK&TĐH 4

Nguyễn Phụ Công

: 20101184 - ĐK&TĐH 4

Cao Trọng Dũng

: 20101285 - ĐK&TĐH 4

Lê Xuân Giảng

: 20101445 - ĐK&TĐH 4

NHÓM 9

Page 2


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

MỤC LỤC

Đề bài ................................................................................................................................... 4
Yêu cầu công nghệ .............................................................................................................. 5
Lưu đồ chương trình ............................................................................................................ 6
Phân cổng vào ra.................................................................................................................. 7
Lập Graph chuyển trạng thái ............................................................................................... 7
Lập Grafcet cho chu trình công nghệ: ................................................................................. 9
Tính toán xilanh tác động 2 chiều và nguồn khí nén ......................................................... 10
Bảo đảm an toàn cho người vận hành và thiết bị : ............................................................ 10
Mô tả hoạt động của hệ thống trên phần mềm automation studio : .................................. 11
Thiết bị thực tế ................................................................................................................... 12
1.Cảm biến vị trí xi lanh ................................................................................................ 12
2.Xi lanh ........................................................................................................................ 13
3.Bơm khí nén ............................................................................................................... 13
4.Bộ lọc: van lọc+van điều chỉnh áp suất+van tra dầu .................................................. 14
5.Van điều chỉnh xi lanh ............................................................................................... 15
6.Van tiết lưu ................................................................................................................. 16
7.Lọc khí ........................................................................................................................ 16
Giả lập chương trình .......................................................................................................... 17
Sơ đồ đấu dây: ................................................................................................................... 19
Sơ đồ mạch giám sát hệ thống ........................................................................................... 19
Sơ đồ mạch điều khiển ...................................................................................................... 20
Giả lập hoạt động của hệ thống ......................................................................................... 20

NHÓM 9

Page 3


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Đề bài

NHÓM 9

Page 4


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Yêu cầu công nghệ
Khi có sản phẩm trượt xuống, cảm biến p xác định có sản phẩm thì xilanh A
đẩy sang phải sau đó rút về. Sản phẩm trượt sang phải, cảm biến a1 xác định có sản
phẩm, nếu sản phẩm cao xilanh B đẩy, sản phẩm thấp xilanh C đẩy, sau khi đẩy xong
xilanh B và C rút về.

NHÓM 9

Page 5


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Lưu đồ chương trình
BẮT ĐẦU

Các điều kiện
ban đầu đúng, START ấn, p=1

Sai

Đúng

Start

Xi lanh A chạy sang phải

Chạm công tắc hành trình cuối xilanh A

Sai

Đúng

Xi lanh A chạy sang trái

Sai

Sản phẩm thấp
Đúng

Xi lanh B chạy sang
phải

Xi lanh C chạy sang
phải

Chạm công tắc hành
trình cuối xilanh C
Đúng

Xi lanh C sang

trái

NHÓM 9

Sai

Chạm công tắc hành
trinh cuối xi lanh B

Sai

Đúng

Xi lanh B sang trái

Page 6


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Phân cổng vào ra
STT

Tên tín hiệu

1
2
3

Nút khởi động

Công tắc hành trình đầu A
Công tắc hành trình cuối A

4
5
6
7
8
9
10
11

Công tắc hành trình đầu B
db
Công tắc hành trình cuối B
cb
Công tắc hành trình đầu C
dc
Công tắc hành trình cuối C
cc
Cảm biến có vật trượt xuống
p
Cảm biến có vật để phân loại
a1
Nút reset
reset
Cảm biến xác định vật đủ chiều
m
cao
Xi lanh A chạy sang phải A+

A+
Xi lanh A chạy sang trái AAXi lanh B chạy sang phải B+
B+
Xi lanh B chạy sang trái BBXi lanh C chạy sang phải C+
C+
Xi lanh C chạy sang trái CCBảng 1.1 Liệt kê đầu vào ra

12
13
14
15
16
17

Kí
hiệu
start
da
ca

vào

ra

1
1
1
1
1
1

1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1

Lập Graph chuyển trạng thái
Theo yêu cầu công nghệ: khi có sản phẩm trượt xuống chạm cảm biến p thì
xilanh A đấy, sản phẩm cao thì xilanh B đẩy, sản phẩm thấp thì xilanh C đẩy.
Do đó để đơn giản trong thiết kế mà vẫn đáp ứng được yêu cầu ta có thể tách 3
xilanh hoạt động độc lập.
Đầu vào:
P
cảm biến xác định có vật trượt xuống trước xilanh A
a1
cảm biến xác định có vật trước xilanh B và C
ca , cb, cc công tắc hành trình cuối xilanh A, B, C
M
cảm biến xác định vật có đủ chiều cao

NHÓM 9

Page 7

THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA
Ma trận trạng thái:
 Xilanh A:

pca
A A

Graph chuyển trạng thái :
00 10
00 10
00
 
 
00
01
01 10
00

Chọn biến a thay cho p và ca sao cho khi : p tác
động làm cho biến a được thiết lập và duy trì giá trị 0 cho đến khi p ngừng tác động.
Và biến a chỉ được thiết lập giá trị 1 khi ca tác động và duy trì giá trị 1 khi ca ngừng
tác động. Do đó ta có mối quan hệ sau:
a  (ca  a) p
Khi đó bài toán đơn giản với 1 đầu vào 2 đầu ra, như sau:

a
A A

 Xilanh B:

bo cb
BB

Graph chuyển trạng thái :
00
10
00 10
00


 
00
01
01 10
00

Tương tự ta cũng có
b  (cb  b)b0

Trong đó b0  a1m
 Xilanh C:
b0 cc
C C 

Graph chuyển trạng thái :
00
10
00 10
00



 
00
01
01 10
00

Tương tự ta cũng có
c  (cc  c).c
Trong đó : c0  a1m

NHÓM 9

Page 8


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Lập Grafcet cho chu trình công nghệ:

0
p.START

1

A+
ca

2

A-

a1.m

3

B+

a1.m

5

cb

4

Bdb

NHÓM 9

cc

6
dc

Page 9


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Tính toán xilanh tác động 2 chiều và nguồn khí nén
 Lực tác động khi cần pittong đi ra: FA  A1. p. (1.1)
Trong đó
 FA [daN] lực tác động khi cần pitton đi ra
 A1 [ cm2 ] diện tích mặt đáy pittong, A1   .D2 / 4
 D [cm] đường kính mặt đáy pittong
 P [bar] áp suất khí nén trong xilanh
  hiệu suất xilanh, lấy 0.8
 Lực tác động khi cần pittong đi vào: FE  A2 . p.
Trong đó
 FE [daN] lực tác động khi cần pitton đi vào
 A2 diện tích vòng găng pittong, A2   .( D2  d 2 ) / 4
 d đường kính cần pittong
Ở đây do khi đi ra thì xilanh mới đẩy vật nên ta chỉ tính toán chọn xilanh khi
pittong đi ra:
 Kích thước và khối lượng vật cần đẩy:
 1,4kg
 3 chiều 190*190*90 [mm]
Chọn hệ số ma sát là 0.5 ta có lực tối thiểu để thắng ma sát là
F=1.4*9.8*0.5=6.86[N]=0.686[daN]
Chọn xilanh có D=5cm, d=1cm
Từ công thức 1.1 ta tính được p=0.15bar.
Do trong 1 thời điểm có thể có 2 xilanh hoạt động nên ta chọn nguồn khí nén là: 6bar

Bảo đảm an toàn cho người vận hành và thiết bị :
Khi có sự cố xảy ra như mất điện, các cảm biến và công tắc hành trình sẽ mất
tác dụng, khi đó các xilanh sẽ phải tự động kéo về vị trí ban đầu. do đó ta sẽ sử dụng
van đảo chiều 4-2 có vị trí “không” là loại van có tác động bằng cơ-lò xo.
Đối với các thiết bị, ta sử dụng van an toàn, khi áp suất lớn hơn áp suất cho
phép của hệ thống thì dòng áp suất sẽ thắng lực lò xo và như vậy dòng khí nén sẽ trào

ra môi trường.

NHÓM 9

Page 10


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Mô tả hoạt động của hệ thống trên phần mềm automation studio :
Do trong phần mềm không mô tả được chuyển động của vật để tác động vào cảm
biến nên khi mô phỏng khi cảm biến được tác động ta sử dụng công tắc thường mở, cụ
thể như sau:
 Cảm biến p: khi cảm biến xác định có vật thì ta dùng tay gạt công tắc p.
 Cảm biến a1: khi cảm biến xác định có vật thì ta dùng tay gạt công tắc a1
 Cảm biến m: khi cảm biến bị tác động tức là vật đi đến đủ chiều cao thì ta dùng
tay gạt công tắc m.
 Nút ấn Start: cho phép hệ thống hoạt động.
 Nút ấn Stop: Dừng hệ thống.
Như vậy chu trình trong thực tế ta mô phỏng như sau:
 Để hệ thống hoạt động ta gạt các công tắc da , db , dc (tương ứng với công tắc hành
trình đầu xi lanh A, B,C đây chính là 1 trong những điều kiện an toàn ban đầu).
Sau đó nhấn công tắc start, p.
Khi đó xi lanh A sẽ chạy sang phải, chạm công tắc hành trình cuối xilanh A ca ,
xilanh A sẽ tự động chạy về.
 Khi đó sản phẩm chạy sang bên phân để phân loại:
 Nếu là sản phẩm đủ chiều cao, ta nhấn công tắc m trước sau đó nhấn công tác a1 ,
khi đó b0 có điện.
Khi đó xia lanh B sẽ chạy sang phải, chạm công tắc hành trình cuối xilanh B cb
Xilanh B sẽ tự động chạy về.

 Nếu là sản phẩm thấp, ta nhấn công tắc a1 (không nhấn m, m=0)
Khi đó xilanh C sẽ chạy sang phải, chạm công tắc hành trình cuối xilanh C cc ,
Xilanh C sẽ tự động chạy về.
Để hệ thống dừng lại quay trở về ban đầu ta nhấn reset, tất cả các cảm biến và
công tắc hành trình mất điện các xilanh đều được kéo về vị trí ban đầu (do van đảo
chiều là loại cơ-lò xo)
Chạy xong bắt đầu 1 chu trình mới.

NHÓM 9

Page 11


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Thiết bị thực tế
1.Cảm biến vị trí xi lanh

Từ trường chống 2 màn hình màu rắn Auto - khí nén SMC
Mục Điện

Loại

Mô tả

D-P3DWSC · E

Trước có dây
nối

D-P3DW · L · Z

Grommet

Trạng thái
rắn
chuyển đổi
tự động

Từ trường chống
hiển thị 2 màu

Series / CAD

Các tính năng

NHÓM 9

Có thể sử dụng trong một môi trường mà tạo ra một
sự xáo trộn từ trường (từ trường AC).
 Để sử dụng với AC thợ hàn tại chỗ, mà tạo ra từ
trường mạnh.
 Khoảng cách hoạt động giữa các dây dẫn hàn và xi
lanh / thiết bị truyền động hoặc chuyển đổi tự động có
thể là 0 mm.
Khối lượng được giảm 70% (so với thiết bị chuyển
mạch hiện có)
Có thể được gắn vào kích thước lỗ φ25 φ32 hoặc xi
lanh / thiết bị truyền động.
Tuân theo chuẩn RoHS

Page 12


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA
2.Xi lanh

10.00 cm

Xylanh khí - Khí nén SMC
Loại

Series / CAD

Hành động

Kích thước Đường
kính (mm)

Đôi diễn xuất
que
CJ2
Tiêu chuẩn
CJ2W

Các
năng

tính



Tác động đơn
(mùa xuân trở lại / mở
rộng)

6, 10, 16

Đôi diễn xuất
thanh đôi

Xi lanh với một đệm không khí có thể hoạt động ở tốc độ cao
(1000 mm / s).

3.Bơm khí nén

NHÓM 9

Page 13


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA
Mô tả

Mô hình / CAD

Chức năng

VEX1

+ Điều chỉnh
định hướng kiểm soát van

Van vị trí 3

VEX3

Van điều khiển hướng

Van nền kinh
tế

VEX5

Cung cấp áp lực giảm +
ON / OFF xả +
Kiểm soát tốc độ

Van
chỉnh

điều






Các tính năng

Mô tả
Máy
nén
khí Ergen

Thay đổi kích thước rộng lớn, cổng kích thước 1/8 đến 2.
VEX1: điều tiết khí thải công suất lớn
VEX3: 3 cổng, van vị trí 3
VEX5: Ba chức năng (điều chỉnh áp suất, van điều khiển hướng
và điều khiển tốc độ) được cung cấp bởi một van duy nhất.

Chức năng
Cung cấp khí nén cho hoạt động xi
lanh.

Mô hình / CAD
VEX1
Máy nén khí Ergen 1006
Công suất: 1HP
Nguồn

Các
năng

tính

Lưu

lượng

điện:
khí:

220V/50Hz

0.08

(m3/phút)

Chỉ số nén: 0.8Mpa
Dung tích bình nén: 6l
Trọng lượng: 16kg

4.Bộ lọc: van lọc+van điều chỉnh áp suất+van tra dầu

Loại Modular FRL đơn vị - khí nén SMC
Cụm F.R.L - Khí nén SMC

Thiết bị kết hợp
Bộ lọc không khí AF, điều
chỉnh với máy đo áp suất
không
thể
tách
rời,
bôi trơn

NHÓM 9

Series / CAD

Kích
thước
cổng

Đặt áp lực
(MPa)

AF + ARG + AL

1 / 8,1 /
4,
3 / 8,1 / 2

0,05-0,85

Page 14


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA
Điều chỉnh bộ lọc với thiếu
máy đo áp suất, bôi trơn

AWG + AL

Bộ lọc không khí, điều chỉnh
với
máy đo áp suất không thể
thiếu

AF + ARG

Bộ lọc không khí, sương mù
tách,
điều
chỉnh
với
máy đo áp suất không thể
thiếu

AF + + AFM ARG

Điều chỉnh bộ lọc với thiếu
máy đo áp suất, Mist phân
cách

AWG + AFM


Các tính năng

Cải thiện khả năng hiển thị của đồng hồ đo áp
lực nằm ở địa điểm khác nhau.

5.Van điều chỉnh xi lanh

Van điện - khí nén SMC
Mô tả
Van điều
chỉnh

Van vị trí 3
Van
nền
kinh tế

Các
năng

tính

NHÓM 9

a

Chức năng
+
Điều
chỉnh
VEX1
định hướng kiểm soát van
VEX3
Van điều khiển hướng
Cung cấp áp lực giảm +
VEX5
ON
/
OFF
xả
+
Kiểm soát tốc độ

Thay đổi kích thước rộng lớn, cổng kích thước 1/8 đến 2.
VEX1: điều tiết khí thải công suất lớn
VEX3: 3 cổng, van vị trí 3
VEX5: Ba chức năng (điều chỉnh áp suất, van điều khiển
hướng và điều khiển tốc độ) được cung cấp bởi một van
duy nhất.
Mô hình / CAD

Page 15


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA
6.Van tiết lưu

Van tiết lưu với đầu nối nhanh - Loại thẳng - Khí nén
SMC

Loại

Trong
dòng loại

Series / CAD

AS1001F để 4001F

Kích
thước
cổng
vào

phía xi lanh

Áp dụng ống OD
Kích thước
Metric

Kích thước
inch

---

φ2 để φ12

φ1 / 8 đến
φ1 / 2

7.Lọc khí

Mô tả

Van lọc khí

Các tính năng

NHÓM 9

Mô hình / CAD

Chức năng
Sử dụng trong chất ức chế để xả air.It có

thể cân bằng perssure trong bể và ngăn
chặn các chất gây ô nhiễm từ đi vào các
tank.So nó có thể giữ được sạch sẽ và
kéo dài tuổi thọ.

SP1508.40: Bo Lộc instruments - AF-22 / AF-35 - LEFILTER
Thông số chính :
Bo Lộc - Lợi Lộc - Mạng Lộc Dầu, KHI, Nước, Bùi - AF 22 / AF 35 -.
LEFILTER
AF 22 / AF 35 THỞ Lọc Series.
Hãng cung cấp : LEFILTER
Mô hình: AF-22 / F-35

Page 16


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Giả lập chương trình
Sơ đồ mạch lực

Trong đó:
Xi lanh tác động kép:

Cảm biếm vị trí Pistong:

da

Van điều chỉnh áp suất:

NHÓM 9

Page 17


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA
Van tràn:

Máy Bơm

Nguồn:
Van tiết lưu:

Van điện-khí nén:
a

Lọc khí:

NHÓM 9

Page 18


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Sơ đồ đấu dây:
RLA, RLB, RLC là các tiếp điểm của role tương ứng.
a, b, c là các cuộn dây của van điều chỉnh xilanh

Sơ đồ mạch giám sát hệ thống

Trong đó:
-Đèn hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống và các phần tử xi lanh, cảm
biến:
m

NHÓM 9

Page 19


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Sơ đồ mạch điều khiển

Giả lập hoạt động của hệ thống
B1: Bật Start.
B2: Bật b.Khí và giữ trong vòng 1s để công tắc liên động b.Khí có điện, đảm bảo khí
nén đạt yêu cầu trước khi hệ thống làm việc. Lúc này hệ thống ở trạng thái hoạt động:
Đèn Start ở mạch giám sát ở trạng thái ON.
Cảm biến da,db,dc ở trạng thái ON/

B3: Khi có sản phầm tới làm cảm biến p ở trạng thái ON, van điện-khí nén của xi lanh
a được cấp điện, piston của A sẽ đi sang bên phải đẩy sản phầm đi, khi piston đi tới vị
NHÓM 9

Page 20


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

trí cuối hành trình, cảm biến ca ON, van điện khí ngừng cấp điện và piston sẽ được
đẩy về đầu hành trình, lúc đó da sẽ ở trạng thái ON.
Trong quá trình piston xi lanh a đẩy, đèn báo xi lanh a ON.

B4: Khi sản phẩm đi tới vị trí phân loại sản phẩm, cảm biến a1 ON, nếu sản phẩm
cao đủ chiều cao thì van điện-khí nén xi lanh b ON, piston xi lanh b đẩy sang bên
phải; nếu sản phẩm không đủ chiều cao thì van điện-khí nén xi lanh c ON, piston xi
lanh c đẩy sang bên phải.
Khi piston các xi lanh đi tới cuối hành trình, làm cảm biến cb,cc ON thì xi lanh
sẽ đi sang bên trái trở về đầu hành trình.
Trong quá trình xi lanh b hoặc c hoạt động thì đèn báo xi lanh b,c sẽ sáng.
Nếu sản phẩm đủ chiều cao đèn báo sản phẩm cao sẽ sáng.

NHÓM 9

Page 21


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Sản phẩm không đủ chiều cao, xi lanh C hoạt động, đèn xi lanh C ON

Sản phầm đủ chiều cao, xi lanh B hoạt động, đèn xi lanh B ON, đèn báo sản phẩm cao
ON
B5: Khi ấn Stop mạch điều khiển của hệ thống sẽ được ngắt điện, mạch hiển thị vẫn
được cấp điện, đèn báo Stop được ON, các piston của xi lanh đang hoạt động tự động
chạy về bên trái tới đầu hành trình.

NHÓM 9

Page 22


THIẾT KẾ TỰ ĐỘNG HÓA

Khi ấn Stop, xi lanh đang hoạt động tự động chạy về bên trái, đèn báo Stop
ON, đèn báo xi lanh đang thu về ON, mạch điều khiển được ngắt điện.
B6: Muốn khởi động lại hệ thống thì thao tác lặp lại tuần tự theo bước 1.

NHÓM 9

Page 23