ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
LỜI NÓI ĐẦU
Robot và công nghệ cao là những khái niệm của sản xuất tự động hoá
hiện đại. Một đặc điểm quan trọng của robot công nghiệp là chúng cho phép dễ
dàng kết hợp những việc phụ và chính của một quá trình sản xuất thành một
dây chuyền tự động. So với các phương tiện tự động hoá khác, các dây chuyền
tự động dùng robot có nhiều ưu điểm hơn như dễ dàng thay đổi chương trình
làm việc, có khả năng tạo ra dây chuyền tự động từ các máy vạn năng, và có
thể tự động hoá toàn phần.
Tự động hóa là một nhu cầu không thể thiếu trong quá trình sản xuất
ngày nay. Việc ứng dụng tay máy scara vào tự động hóa dây chuyền sản xuất mà cụ thể hơn ở
đây là dây chuyền phân loại sản phẩm trên băng chuyền giúp cho việc sản xuất trở nên linh hoạt
hơn, hiệu quả hơn. Với nhu cầu tìm hiểu về hệ thống tự động trong sản xuất và với kiến thức của
sinh viên năm thứ 3 tại trường đại học chúng em chọn đề tài “ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY
GẮP SẢN PHẨM DÙNG PLC S7 200” để nghiên cứu và tìm hiểu.
Do yêu cầu về kiến thức về thiết kế, tính toán và điều khiển chính xác đối
với thiết kế phần cứng là rất cao nên nhóm chúng em không tránh khỏi những
thiếu sót. Do đó, rất mong muốn được sự chỉ bảo thêm của các thầy, cô và đóng
góp của bạn bè để đồ án được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo Th.s Phạm Thị Hồng Hạnh đã giúp đỡ chúng em
hoàn thành đồ án này !
MỤC LỤC
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
CHƯƠNG I GIỚI THIÊU CHUNG
1. Tay máy công nghiệp
Tay máy ( Manipulator ) là cơ cấu cơ khí gồm các khâu khớp. Chúng hình cánh tay để tạo
các chuyển động cơ bản cổ tay tạo nên sự khéo léo, linh hoạt và bàn tay ( End Effector ) để trực
tiếp hoàn thành các thao tác trên đối tượng .
- Kết cấu của tay máy .
Các tay máy có điểm chung về kết cấu là gồm có các khâu được nối với nhau bằng các khớp
để hình thành một chuỗi động học hở, tính từ phần công tác. Các khớp phổ biến là khớp trượt và
vị trí vật hình thành trên PSD sẽ khác đi và trạng thái cân bằng của 2 PSD cũng thay đổi.
Thông Số Kỹ Thuật Hình ảnh
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
• Khoảng cách thu nhận tín hiệu: 50cm.
• Điện áp ngõ ra: 12 - 240VDC hoặc 12
-240VAC.
• Dòng tiêu thụ max DC/AC: 3mA max.
Ứng dụng mô hình tại cơ cấu input
I0.7 (PDA) cảm biến xác định có sản phẩm.
3. Công tắt hành trình:
Công tắt hành trình trước tiên là cái công tắc tức là làm chức năng đóng mở mạch điện, và nó
được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó, sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ
tác động lên công tắc. Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay. Khi công tắc hành trình được tác
động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một
thiết bị khác. Người ta có thể dùng công tắc hành trình vào các mục đích như:
Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí dới hạn tác động vào công tắc sẽ làm ngắt nguồn
cung cấp cho cơ cấu -> nó không thể vượt qua vị trí giới hạn)
Hành trình tự động: Kết hợp với các role, PLC hay VDK để khi cơ cấu đến vị trí định trước
sẽ tác động cho các cơ cấu khác hoạt động (hoặc chính cơ cấu đó).
Công tắc hành trình được dùng nhiều trong các dây chuyền tự động Các công tắc hành
trình có thể là các nhút nhấn (button) thường đóng, thường mở, công tắc 2 tiếp điểm, và cả công
tắc quang.
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
4. Công tắc
Trong kỹ thuật điều khiển, công tắc, nút ấn thuộc phần tử đưa tín hiệu. Có hai loại công tắc
thông dụng: công tắc đóng – mở và công tắc chuyển mạch quay.
Công tắc chuyển mạch
Công tắc đóng mở
Công tắc và ký hiệu của công tắc
5. Nút ấn
ra tụ điện còn có nhiệm vụ giảm điện áp quát tải trong quá trình ngắt.
d. Rơle thời gian ngắt chậm
- Nguyên lý làm việc: tương tự như rơle thời gian ngắt chậm của phần tử khí nén. Gồm
các phần tử: điot như van đảo chiều, tụ điện như bình chứa, điện trở R
1
như van tiết lưu. Ngoài ra
tụ điện còn có nhiệm vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt.
- Cấu tạo và ký hiệu
7. Động Cơ Một Chiều DC:
Động cơ điện một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu mở máy lớn hoặc yêu cầu
điều chỉnh tốc độ bằng phẳng và phạm vi rộng như : băng tải, thang máy, máy ép…
Nhược điểm chủ yếu của động cơ 1 chiều là cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền và kém tin
cậy. Cần phải có nguồn điện 1 chiều kèm theo.
7.1 Cấu tạo động cơ DC
Những phần chính gồm có: vỏ, trục, phần cảm (stato), phần ứng (roto),cổ góp, chổi điện.
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
7.1.1. Phần cảm (stato):
Stato gồm có lõi thép và cuộn dây kích từ. Cuộn dây kích từ được đặt vào trong
lỏi thép để tạo thành một nam châm điện. Trong động cơ nhỏ stato có thể là một
nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên trong động cơ lớn thường là nam châm điện.
7.1.2 Phần ứng (roto):
Roto gồm có lõi thép và dây quấn phần ứng. Lõi thép hình trụ làm bằng các lá
thép kỷ thuật phủ sơn cách điện ghép lại. Dây quấn phần ứng có dạng cuộn và
được đặt trong cách rãnh của lõi thép. Roto được lồng vào giữa các cuộn dây kích
từ, được đỡ bằng ổ bi và nắp vỏ.
7.1.3. Cổ góp:
Cổ góp bao gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình
trụ, gắn ở đầu trục roto
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
7.1.4. Chổi điện:
- Động cơ DC có mô-men quay cao,thời gian đáp ứng nhanh.
- Giá thành không cao
- Cho phép điều khiển điện áp chính xác, mà cần thiết với tốc độ và các ứng dụng điều
khiển mô-men.
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
- Động cơ DC hoạt động tốt hơn so với động cơ AC trên thiết bị kéo.
- . Động cơ DC được thuận tiện cầm tay và rất thích hợp cho các ứng dụng đặc biệt,
chẳng hạn như các công cụ công nghiệp cầm tay máy móc thiết bị
8. Khí nén
Các phần tử khí nén:
8.1. Máy nén khí:
Máy nén khí là thiết bị tạo ra áp suất khí, ở đó năng lượng cơ học của động cơ
điện hoặc động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén và nhiệt
năng.
Phân làm 2 loại :
- Phân loại theo áp suất.
+ Máy nén khí áp suất thấp p <= 15 bar
+ Máy nén khí áp suất cao p>= 15 bar
+ Máy nén khí áp suất rất cao p>= 300 bar
- Phân loại theo nguyên lý hoạt động.
+ Máy nén khí theo nguyên lý trao đổi thể tích: Máy nén khí kiểu pittong, máy
nén khí kiểu cách gạt, máy nén khí kiểu root, máy nén khí kiểu trục vít.
+ Máy nén khí tuabin: Máy nén khi ly tâm và máy nén khí theo chiều trục.
8.2. Bình trích chứa khí nén:
Khí nén sau khi ra khỏi máy nén khí và được xử lý thì cần phải có một bộ phận
lưu trữ để sử dụng. Bình trích chứa khí nén có nhiệm vụ cân bằng áp suất khí nén
từ máy nén khí chuyển đến trích chứa, ngưng tụ và tách nước.
Kích thước bình trích chứa phụ thuộc vào công suất của máy nén khí và công suất tiêu thụ của
các thiết bị sử dụng, ngoài ra kích thước này còn phụ thuộc vào phương pháp sử dụng: ví dụ sử
dụng liên tục hay gián đoạn.
2(A)
4(B)
5(S)
1(P)
3(R)
Nối với nguồn khí nén
Cửa xả khí có mối nối cho ống dẫn
14(Z)
Cửa nối điều khiển
12(Y)
Cửa nối điều khiển
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
Cửa 1nối với cửa 2
Cửa 1nối với cửa 4
ang.
Hình 1.28: Ký hiệu và tên gọi của van đảo chiều
Hình trên là ký hiệu của van đảo chiều 5/2
Trong đó: 5 : chỉ số cửa và 2 : chỉ số vị trí.
Cách gọi tên và ký hiệu của một số van đảo chiều:
TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU
Van đảo chiều 2/2
Van đảo chiều 4/2
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
Van đảo chiều 5/2
* Tín hiệu tác động:
Tín hiệu tác động vào van đảo chiều có 4 loại là: tác động bằng tay, tác động
bằng cơ học, tác động bằng khí nén và tác động bằng nam châm điện.
Tín hiệu tác động từ 2 phía ( đối với van đảo chiều không có vị trí ‘không’) hay chỉ từ 1 phía
(đối với van đảo chiều có vị trí ‘không’).
8.5. Cơ cấu chấp hành.
9. Băng tải
Băng tải là một cơ chế hoặc máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp, túi ) từ
một điểm A đến một điểm B
Hệ thống băng tải là thiết bị truyền tải có tính kinh tế cao nhất trong ứng dụng vận chuyển
hàng hóa nguyên vật liệu trong quá trình sản xuất
Thành phần và cấu tạo băng tải :
- Một động cơ giảm tốc, trục vít và bộ điều khiển tốc dộ
- Bộ con lăn, truyền lực chủ động
- Hệ thống khung đỡ con lăn
- Hệ thống dây băng hoặc con lăn
CHƯƠNG II. TÌM HIỂU KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN PLC
2.1 Quá trình phát triển của kỹ thuật điều khiển:
Hệ thống điều khiển là gì?
Hệ thống điều khiển là tập hợp các thiết bị và dụng cụ điện tử. Nó dùng để vận
hành một quá trình một cách ổn định, chính xác và thông suốt.
Hệ thống điều khiển dùng rơle điện:
Sự bắt đầu về cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đặc biệt vào những năm 60 và
70, những máy móc tự động được điều khiển bằng những rơle điện từ như các bộ
định thời, tiếp điểm, bộ đếm, relay điện từ. Những thiết bị này được liên kết với
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
nhau để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh bằng vô số các dây điện bố trí chằng
chịt bên trong panel điện ( tủ điều khiển).
Như vậy, với 1 hệ thống có nhiều trạm làm việc và nhiều tín hiệu vào/ra thì tủ
điều khiển rất lớn. Điều đó dẩn đến hệ thống cồng kềnh, sửa chữa khi bị hỏng rất
phức tạp và khó khăn. Hơn nữa, các rơle tiếp điểm nếu có sự thay đổi yêu cầu điều
khiển thì bắt buộc thiết kế lại từ đầu.
Hệ thống điều khiển dùng PLC:
Với những khó khăn và phức tạp khi thiết kế hệ thống dùng rơle điện. những năm 80, người
ta chế tạo ra các bộ điều khiển có lập trình nhằm nâng cao độ tinh cậy, ổn định, đáp ứng hệ thống
Bộ nhớ được thiết kế thành dạng module để cho phép dễ dàng thích nghi với các chức năng điều
khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn mở rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ nhớ vào rãnh cắm chờ
sẵn trên module CPU.Bộ nhớ có một tụ dùng để duy trì dữ liệu chương trình khi mất điện
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
Kích thước bộ nhớ:
♦ Các PLC loại nhỏ có thể chứa từ 300 - 1000 dòng lệnh tùy vào công nghệ chế tạo.
♦ Các PLC loại lớn có kích thước từ 1-16K, có khả năng chứa từ 2000 - 16000 dòng lệnh.
Ngoài ra còn cho phép gắn thêm bộ nhớ mở rộng như RAM, EPROM.
• Các ngõ vào ra I/O
Các đường tín hiệu từ bộ cảm biến được nối vào các module (các đầu vào của PLC), các cơ
cấu chấp hành được nối với các module ra (các đầu ra của PLC).
Hầu hết các PLC có điện áp hoạt động bên trong là 5V, tín hiêu xử lý là 12/24 VDC hoặc
100/240 VAC.
Mỗi đơn vị I/O có duy nhất một địa chỉ, các hiển thị trạng thái của các kênh I/O được cung
cấp bỡi các đèn LED trên PLC, điều này làm cho việc kiểm tra hoạt động nhập xuất trở nên dể
dàng và đơn giản.
Bộ xử lý đọc và xác định các trạng thái đầu vào (ON, OFF) để thực hiện việc đóng hay ngắt
mạch ở đầu ra.
• Bộ nguồn:
Biến đổi từ nguồn cấp bên ngoài vào để cung cấp cho sự hoạt động của PLC.
• Khối quản lý ghép nối
Dùng để phối ghép giữa PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập trình, bảng vận
hành, mạng truyền thông công nghiệp.
2.4 Các hoạt động xử lý bên trong PLC
- Xử lý chương trình
Khi một chương trình đã được nạp vào bộ nhớ của PLC, các lệnh sẽ được trong
một vùng địa chỉ riêng lẻ trong bộ nhớ.
PLC có bộ đếm địa chỉ ở bên trong vi xử lý, vì vậy chương trình ở bên trong bộ nhớ sẽ được
bộ vi xử lý thực hiện một cách tuần tự từng lệnh một, từ đầu cho đến cuối chương trình. Mỗi
lần thực hiện chương trình từ đầu đến cuối được gọi là một chu kỳ thực hiện. Thời gian thực hiện
Bộ nhớ dữ liệu: 8KB.
Profibus DP extendable.
Điều khiển PID: Có.
Phần mềm: Step 7 Micro/WIN.
Thời gian xử lý 1024 lệnh nhị phân : 0.37ms.
Bit memory/Counter/Timer : 256/256/256.
Bộ đếm tốc độ cao: 6 x 60 Khz.
Bộ đếm lên/xuống: Có.
Ngắt phần cứng: 4.
Số đầu vào/ra có sẵn: 14 DI / 10DO.
Số đầu vào / ra số cực đại ( nhờ lắp ghép thêm Modul số mở rộng: DI/DO/MAX: 94 / 74 /
168
Số đầu vào / ra tương tự ( nhờ lắp ghép thêm Modul Analog mở rộng: AI/AO/MAX: 28 / 7/
35 hoặc 0 / 14 / 14.
IP 20
Kích thước: Rộng x Cao x Sâu : 120 x 80 x 62.
Các đèn báo trên S7-200 CPU224
♦ SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng.
♦ RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và
thực hiện chương trình được nạp vào trong máy.
♦ STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế độ dừng
chương trình và đang thực hiện lại.
Chế độ làm việc
PLC có 3 chế độ làm việc:
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
♦ RUN: cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ
RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh
STOP.
♦ STOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ
STOP.
V : Variable Memory.
I : Input image register.
O : Output image regiter.
M : Internal Memory bits.
SM: Special Memory bits.
Tất cả các miền này đều có thể truy nhập theo từng bít, từng byte, từng từ
(word) hoặc từ kép (double word).
♦ Vùng đối tượng
Bao gồm các thanh ghi Timer, bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào ra, thanh ghi AC.
Vùng này không thuộc kiểu Non-Volatile nhưng đọc/ ghi được .
2.5.3 Mở rộng cổng vào ra
CPU 224 cho phép mở rộng nhiều nhất 7 Modul. Các modul mở rộng tương tự và có thể mở
rộng cổng vào của PLC bằng cách ghép nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải
của CPU, làm thành một móc xích . Địa chỉ của các vị trí của các modul được xác định cùng kiểu
. Ví dụ như một modul cổng ra không thể gán địa chỉ của một modul cổng vào, cũng như một
modul tương tự không thể có địa chỉ như một modul số và ngược lại.
Các modul mở rộng số hay tương tự đều chiếm chổ trong bộ đệm, tương tự với số đầu vào/ra
của modul.
Modul 0 Modul 1 Modul 2 Modul 3 Modul 4
ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY GẮP SẢN PHẨM_TĐH3_K6
CPU224 4vào/4ra 8 vào 3vào/1ra
Analog
8 ra 3vào/1ra
I0.0 Q0.0
I0.1 Q0.1
I0.2 Q0.2
I0.3 Q0.3
I0.4 Q0.4
I0.5 Q0.5
I0.6 Q0.6
Q3.3
Q3.4
Q3.5
Q3.6
Q3.7
AIW8
AIW12
AQW 4
Bảng địa chỉ của một số modul mở rộng trên CPU 224
2.5.4 Thực hiện chương trình của S7-200
PLC thực hiện chương trình theo chu kỳ lặp. Mỗi vòng lặp được gọi là vòng quét (scan). Mỗi
vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn đọc các dữ liệu từ các cổng vào vùng bộ đệm ảo, tiếp
theo là giai đoạn thực hiện chương trình. Trong từng vòng quét, chương trình được thực hiện
bằng lệnh đầu tiên và kết thúc tại lệnh kết thúc MEND. Sau giai đoạn thực hiện chương trình là
giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm lỗi. Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn chuyển các
nội dung của bộ đệm ảo tới các cổng ra.
4. Chuyển dữ liệu từ bộ
đệm ảo ra ngoại vi
3. Truyền thông và
tự kiểm tra lỗi
Copyright: Tài liệu đại học ©