xây dựng mô hình dây chuyền đếm số lượng sản phẩm và vận chuyển sản phẩm vào thùng

MỤC LỤC

Chương 1..................................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN ĐỒ...............................................3
TỔNG HỢP MẠCH LOGIC TUẦN TỰ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẰNG
GRAFCET....................................................................................................................................... 5
2.1. Phương pháp GRAFCET.................................................................................................5
2.1.1. Định nghĩa....................................................................................................................... 5
2.1.2. Các ký hiệu và cách xác định hàm lôgíc điều khiển của các trạng thái....6
2.1.4. Các dạng mạch đặc biệt............................................................................7
Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ........................................................................16
3.2. Xây dựng hệ điều khiển....................................................................................18
Chương 4...................................................................................................................26
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG........................................................................................26
KẾT LUẬN................................................................................................................ 30
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................31

1


Lời mở đầu
Hiện tay trong công nghiệp hiện đại hóa đất nước,yêu cầu ứng dụng tự động
hóa ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất(yêu cầu điều khiển tự
động linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ..) Mặt khác nhờ công nghệ thông tin,công nghệ
điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loạt thiết bị điều khiển khả
trình PLC.
Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được một số lượng sản
phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế .Các công ty, xí nghiệp sản xuất
thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động.
Trong đó không thể thiếu dây truyền vận chuyển và đóng hộp sản phẩm .Dây
truyền sản xuất PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại hiệu quả

cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội .Qua bài tập đồ án 2 này em sẽ giới
thiệu về lập trình PLC và ứng dụng của nó vào sản xuất vận chuyển đóng hộp.
Với đề tài của nhóm” xây dựng mô hình dây chuyền đếm số lượng sản phẩm
và vận chuyển sản phẩm vào thùng” do Ths Đỗ Trọng Hiếu hướng dẫn.

2


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG VẬN CHUYỂN ĐỒ
1.1. Giới thiệu chung về hệ thống vận chuyển đồ và cho vào hộp
Hiện nay với quá trình phát triển của các ngành công nghiệp sản xuất, năng
suất được nâng lên nhiều lần. Nhu cầu vận chuyển sản phẩm trong các nhà máy
hay phân xưởng là rất lớn. Với các yêu cầu vận chuyển sản phẩm với số lượng lớn,
độ chính xác cao và đảm bảo năng suất.

Sơ đồ hệ thống vận chuyển đồ vào hộp
3


1.2. Quá trình công nghệ
 Trạng thái ban đầu các xylanh thu về,van chân không ngắt,bang tải dừng,hệ thống
cho phép vận chuyển và sắp xếp lại chiều của các hộp sản phẩm từ băng tải 1 sang
băng tải 2.Lần lượt các hộp sản phẩm được đưa vào thùng trên băng tải 2.
 Sau khi nhấn nút Start thì hệ thống bắt đầu hoạt động. Băng tải 1 hoạt động.Khi
cảm biến 1B1 nhận biết có 4 hộp sản phẩm đi qua thì xylanh 1A1 đi ra để chặn các
hộp phía sau lại .Sau khi 1A1 đã ra được 2s thì xylanh 4A1 đi xuống,khi tới cuối
hành trình thì van chân không 2A1 mở.Khi relay áp suất KA tác động(nhận biết có
chân không) thì xylanh 4A1 thu về. Khi 4A1 đã thu về tới cuối hành trình thì
xylanh 3A1 xoay phải rồi xylanh trượt 5A1 di chuyển sang phải, tới cuối hành

trình thì xylanh 4A1 duỗi ra sau đó van chân không ngắt. 0,5s sau xylanh 4A1 thu
về. Tới cuối hành trình thì 5A1 thu về và băng tải 2 hoạt động cho tới khi cảm biến
2B1 nhận biết thùng đã đi vào đúng vị trí thì dừng. Xylanh 1A1 thu về để tiếp tục
cho các hộp tiếp theo đi vào vị trí, chu trình cứ lặp lại như vậy.Hệ thống sẽ dừng
khi nhấn Stop.
 Hệ thống này có khả năng đếm tổng số trai đã vận chuyển trong từng giờ làm và
theo từng ca làm việc(chỉ cần viết cho 1 ca sản xuất,biết nhà máy làm việc 3 ca
trong 1 ngày,mỗi ca 8 tiếng. Ca A từ 6h00 đến 13h59,ca B từ 14h00 đến 21h59,ca
C từ 22h00 đến 5h59.)

4


Chương 2
TỔNG HỢP MẠCH LOGIC TUẦN TỰ VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG BẰNG
GRAFCET
2.1. Phương pháp GRAFCET
2.1.1. Định nghĩa.

Grafcet,viết tắt của tiếng Pháp”Graphe fonctionnel de commande estape
transition”,là một đồ hình chức năng cho phép mô tả các trạng thái làm vi ệc c ủa h ệ
thống và biểu diễn quá trình điều khiển với các trạng thái chuy ển bi ến từ tr ạng
thái này sang trạng thái khác.Nó là một graph định hướng và được xác đ ịnh b ởi các
phần tử sau
G:={E,T,A,M}
Trong đó :
E={E1,E2,..,Em} là tập hữu hạn các trạng thái(giai đoạn của h ệ th ống).M ột
trạng

thái có hai khả năng khả năng là hoạt động(tích cực) và không ho ạt

động(không tích cực).
T={t1,t2,…,tp} là tập hữu hạn các chuyển tiếp(chuy ển trạng thái). Đi ều ki ện
logic gắn với một chuyển tiếp được gọi là điều kiện chuyển ti ếp hay “ti ếp
nhận”.Giữa hai trạng thái luôn luôn tồn tại một chuyển tiếp.
A={a1,a2,..,an} là tập các cung định hướng nối giữa một trang thái v ới môt
chuyển tiếp hoặc giữa một chuyển tiếp với một trạng thái.

5


M={m1,m2,…,mm} là tập các giá trị 0 và 1.Nếu m i=1 thì trạng thái i là hoạt
động,nếu mi=0 thì trạng thái i là không hoạt động.
2.1.2. Các ký hiệu và cách xác định hàm lôgíc điều khiển của các trạng thái
- Biểu diễn: Dùng các ô hình chữ nhật chỉ một trạng thái nào đó. Dùng một
mũi tên để chỉ từ trạng thái này sang trạng thía kia. Khi chuy ển từ trạng thái này
sang trạng thái khác thì trạng thái sau sẽ phủ định trạng thái trước và có điều ki ện.
- Ký hiệu lưu đồ:

Ta ký hiệu tác nhân kích thích thứ i là ai , tín hiệu ra của trạng thái thứ i là Si
thì ta có công thức tổng quá xác định hàm điều khiển của trạng thái th ứ i là :
Si+ = ai.Si-1
Si- = Si+1
Trong đó : Si+ là hàm điều khiển để trạng thái i làm việc.
Si- là hàm điều khiển để trạng thái i nghỉ việc.
Si-1 và Si+1 là tín hiệu ra tương ứng của trạng thái i-1 và i+1.

6

Từ công thức của hàm lôgíc điều khiển ta xây dựng được thiết bị thực hi ện
sơ đồ điều khiển bằng phương pháp Grafcet. Người ta gọi là phần tử môdul tr ạng
thái :

Đây là phần tử nhớ hai trạng thái có một đầu ra và hai đầu vào ( S i+ gọi là tín
hiệu ghi, Si- gọi là tín hiệu xoá).
2.1.3. Trình tự thiết kế của phương pháp GRAFCET

2.1.4. Các dạng mạch đặc biệt
- Mạch phân kỳ “HOẶC’’
Quá trình một đường rẽ thành nhiều đường nhưng xảy ra không đồng th ời
gọi là mạch phân kỳ “HOẶC’’. Ký hiệu mạch:

7


Phương trình trạng thái tại nút mạng là:
Si- = Si+1 + Si+2 + Si+3
S+i+1 = ai+1.Si
S+i+2 = ai+2.Si
S+i+3 = ai+3.Si
- Mạch hội tụ “HOẶC’’
Quá trình mà nhiều đường hội tụ với nhau thành một đường nhưng xảy ra
không đồng thời gọi là mạch hội tụ “HOẶC’’.
Ký hiệu mạch :

Phương trình trạng thái tại nút mạng:
S-i+1 = S-i+2 = S-i+3 = Si+4
S+i+4 = ai+1.Si+1 + ai+2.Si+2 + ai+3.Si+3
- Mạch hội tụ “VÀ’’

8


Quá trình mà nhiều đường hội tụ thành một đường nhưng chỉ xảy ra đồng
thời gọi là mạch hội tụ “VÀ’’.

Phương trình trạng thái tại nút mạng:
S-i+1 = S-i+2 = S-i+3 = Si+4
S+i+4 = ai+1.ai+2.ai+3.Si+1.Si+2.Si+3
- Mạch phân kỳ “VÀ’’
Quá trình mà một đường rẽ nhánh thành nhiều đường nhưng xảy ra đồng
thời gọi là mạch phân kỳ “VÀ’’.
Ký hiệu mạch :

Phương trình trạng thái tại nút mạng :
S-i = Si+1.Si+2.Si+3
S+i+1 = S+i+2 = S+i+3 = ai+1.ai+2.ai+3.Si
2.2. Thiết kế hệ thống vận chuyển đồ bằng GRAFCET
2.2.1. Lập bảng Grafcet 1
Grafcet cho hệ thống vận chuyển đồ
9


2.2.2. Lập bảng Grafcet 2
-Bảng thay thế các chữ viết mô tả Grafcet

10


- Thay thế các chữ viết mô tả Grafcet bằng các ký hiệu:

m là nút ấn khởi động
1A1+ : hành trình đưa xilanh 1A1 đi ra
1A1- : hành trình đưa xilanh 1A1 kéo về
2A1+ : van chân không 2A1 mở
2A1- : van chân không 2A1 ngắt
3A1+ : hành trình đưa xilanh 3A1 xoay phải
3A1- : hành trình đưa xilanh 3A1 xoay về
4A1+ : hành trình đưa xilanh 4A1 đi xuống
4A1- : hành trình đưa xilanh 4A1 đi lên
5A1+ : hành trình đưa xilanh 5A1 sang phải
5A1- : hành trình đưa xilanh 5A1 sang trái
1a0, 1a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 1A1
2a0, 2a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 2A1
3a0, 3a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 3A1
4a0, 4a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 4A1
5a0, 5a1 là cảm biến vị trí điều khiển quá trình chuyển động của xylanh 5A1
1B1 là cảm biến nhận biết có 4 hộp sản phẩm
11


KA là role áp suất nhận biết đã có chân không
2B1 là cảm biến nhận biết thùng đã vào đúng vị trí

12


2.3. Phương trình hàm điều khiển
13

Từ phương trình trạng thái ta có mạch nguyên lý điều khiển như sau:

14


Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ
3.1. Xây dựng hệ truyền động khí nén
Yêu cầu hệ truyền động khí nén: xây dựng hệ truyền động đáp ứng nhu cầu vận
chuyển sản phẩm, tránh để làm hỏng hay đổ vỡ sản phẩm, đảm bảo chất lượng sản phẩm
và độ ổn định của mô hình.
3.1.1. Lựa chọn xylanh
15


- Mô hình cần sử dụng 5 xylanh để vận chuyển sản phẩm trong quá trình đóng hộp, nên
có thể chon xylanh theo các thông số đặc điểm:
- Môi trường hoạt động của xylanh trong phòng thí nghiệm.
- Tần suất hoạt động của xylanh không cao.
- Lực rút, đẩy xylanh đủ đẩy hộp.
- Chiều dài hành trình 10mm đáp ứng bản thiết kế.
- Dải áp suất hoạt động của xylanh phù hợp với nguồn cấp khí nén thông
thường 1-10bar.
Với yêu cầu không quá cao của mô hình, chọn xylanh hãng AIRTAC CYLINDER
có mã số MAL20X100SCA.

Hãng sản xuất

AIR CYLINDER

Đường kính piston 12mm

Chế độ hoạt động 2 chiều
Dải áp suất hoạt động

1-10bar

Dải nhiệt độ môi trường

-20÷80°C

Lực rút về áp suất 6bar

103,7N

Lực đẩy ra ấp suất 6bar

120,6N

Kiểu lắp

Ren cái

Chiều dài piston

100mm

3.1.2. Van tiết lưu – Van phân phối
Van tiết lưu:

16

Khi lựa chọn khối điều khiển tốc độ thì cẩn phải đảm bảo rằng lưu lượng khí lớn nhất qua
nó không được nhỏ hơn lưu lượng khí lớn nhất qua van phân phối. Ta phải chọn bộ điều
chỉnh tốc độ sao cho nó cho phép một lưu lượng khí cần thiết đủ để điều chỉnh xung
quanh mức lưu lượng khí yêu cầu. Trông mô hình sử dụng 4 van tiết lưu cho 2 xylanh.
Van phân phối:
Theo yêu cầu công nghệ xử dụng 2 xylanh nên ta sẽ chọn 2 van phân phối điều khiển
bằng điện 24v loại 5/2 điều khiển 2 phía. Trong phòng thí nghiệm, áp suất máy nén khí là
P=8Bar nên ta chọn van điện 24v có áp suất nằm trong khoảng từ 0.15MPa ÷0.8MPa là
hợp lý

17


3.2. Xây dựng hệ điều khiển

3.2.1. Khối cơ cấu chấp hành.
Với cơ cấu chấp hành đơn giản ta có thể chon relay trung gian làm cơ cấu điều
khiển trực tiếp cho các thiết bị này.
Relay trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và
các sơ đồ điều khiển tự động. Đặc điểm của relay trung gian là số lượng tiếp điểm
lớn, với khả năng chuyển mạch lớn và công suất nuôi cuộn dây nhỏ nên được dùng
để truyền và khuếch đại tín hiệu, hoặc chia tín hiệu của relay chính đến nhiều bộ
phận khác nhau của mạch điều hiển và bảo vệ.
 Nguyên lý làm việc của relay trung gian như sau:

Nếu cuộn dây của relay được cấp điện áp định mức ( qua tiếp điểm của
relay chính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra sẽ tạo ra trong mạch
từ từ thông, hút các nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp điểm
thường đóng mở ra. Khi cắt dòng điện của cuộn dây, lò xo nhả sẽ đưa nắp và các

tiếp điểm về vị trí ban đầu, Do dòng điện qua tiếp điểm nhỏ(5A) nên hồ quang khi
chuyển mạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang.
18


Relay trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 4 cặp thườn
đóng và thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250 VAC, 280 VDC, hệ
số nhả của relay nhỏ hơn 0,4; thời gian tác động 0,05s; tuổi thọ tiếp điểm đạt 106 ±
107 lần đóng cắt, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/h.
 Các thông số kỹ thuật và lựa chọn relay trung gian.
Dòng điện định mức trên relay trung gian là dòng điện lớn nhất cho phép
các relay làm việc trong thời gian dài mà không bị hư hỏng. Khi chọn relay trung
gian thì dòng điện định mức của nó không được nhỏ hơn dòng tính toán của phụ
tải.
Điện áp định mức cấp cho cuộn hút của relay là mức điện áp mà khi đó
relay sẽ hoạt động. Điện áp này phải phù hợp với bộ điều khiển PLC nên điện áp
cuộn hút là 24 VDC
Chọn Relay trung gian Schneider RXM4LB2B7
-

Các thông số của RXM4LB2B7:

•

Điện áp cuộn dây: 24 VDC có LED báo hiển thị.

•

Nhà cung cấp : Cty TNHH MTV SX TM Điện Thành Vinh.

•

Thông số của tiếp điểm: 3A – 24VDC.

•

Tuổi thọ cơ khí : 10 triệu lần đóng cắt.

19


3.2.2. Khối vào/ra (I/0)
a)Cảm biến dùng trong hệ thống
a.1) Cảm biến tiệm cận

CẢM BIẾN TIỆM CẬN LJ18A3

ỨNG DỤNG:
-Phát hiện kim loại ở khoảng cách gần từ 0-8mm
-Làm công tắc tự động
-Xe dò đường theo kim loại
THÔNG SỐ KỸ THUẬT
-Model: LJ18A3-8-Z/BX
-Phát hiện: Kim loại.
-Nguồn: 6 -> 36VDC
-Dòng tiêu thụ: 300 mA
-Khoảng đo: 0 -> 8mm
-Ngõ ra: NPN cực thu hở
-Đường kính: 18 mm
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:Cảm biến sẽ trả về tín hiệu khi gặp vật cản gần với

khoảng cách từ 0-8mm

20


a.2) Cảm biến màu sắc

a) Công tác hành trình

Thông số kỹ thuật công tắc hành trình Z
Điện áp: 30-480 VAC
Dòng: 0.1-15A
Tần số đóng/cắt điện: 20 lần/phút
Tần số đóng/cắt cơ khí: 240 lần/phút
Nhiệt độ làm việc: -25 đến 80 độ C

21


b) Nút nhấn Start/Stop

Thông số kỹ thuật công tắc hành trình Z
Điện áp: 30-480 VAC
Dòng: 0.1-15A
Tần số đóng/cắt điện: 20 lần/phút
Tần số đóng/cắt cơ khí: 240 lần/phút
Nhiệt độ làm việc: -25 đến 80 độ C

c) Van chân không

- Độ chân không max: -26.5 inHg (-90kPa)
- Lưu lượng dòng chảy: 3 scfm (85 Nl/min)
- Nguồn khí cung cấp: 43~87 psi, max 101.5psi (4~6bar, max7bar)
- Lưu lượng khí tiêu thụ: 0.7 ~1.13 scfm (20~32 Nl/min)
- Kiểu khí cung cấp: khí khô
- Nhiệt độ làm việc : -4˙F ~ 176˙F

22


- Độ ồn: 60-65 dBA.

3.2.3. Khối nguồn
Có vai trò cung cấp nguồn cho các khối trong hệ thống
a)Khối nguồn 24V

Nguồn tổ ong 120W 24V 5A Wansen S-120-24
b) Điện lưới 220V/50Hz
3.2.4. Khối xử lý trung tâm
Sử dụng PLC làm khối xử lý trung tâm để điều khiển hệ thống
Yêu cầu:
-

Đầu vào: tối thiểu 8 đầu vào số

-

Đầu ra: tối thiểu 6 đầu ra số

-

Điều khiển hoạt động của hệ thống mô hình

Với yêu cầu hệ thống của mô hình không quá phức tạp ta lựa chọn PLC
Rockwell compact Logix L32E có sẵn trong phòng thí nghiệm đáp ứng yêu cầu kỹ
thuật.
23


PLC Rockwell compact Logix L32E: 32 đầu vào số, 32 đầu ra số.

Hình 3.14. PLC Rockwell compact Logix L32E

24


25