Đồ án Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ trong băng tải và phân loại sản phẩm theo chiều cao

công ty HMPTECH là một trong những công ty sản xuất băng tải lớn nhất Việt Nam. KUKA là một hãng của Đức thành lập năm 1898, sản xuất Robot công nghiệp và các giải pháp tự động hoá nhà máy. Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 11  Một số hình ảnh thực tế về băng tải và ứng dụng phân loại sản phẩm trong công nghiệp: Hình 1.3.1 Hệ thống băng tải trong công nghiệp Hình 1.3.2 Hệ thống bốc xếp hàng trong nhá máy sản xuất bia Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 12 Hình 1.3.3 Hệ thống kho bãi chứa lưu trữ và xuất hàng sau khi phân loại Hình 1.3.4 Hệ thống kho bãi chứa lưu trữ và xuất hàng hoá tự động Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 13 - Mỗi công ty sẽ lựa cho riêng cho mình một loại mô hình tự động hoá khác nhau. Phù hợp với chức năng và nhiệm vụ của từng mặt hàng sản xuất. 4. NHU CẦU CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM - Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao là một nhu cầu khá cần thiết và mang tính đổi mới hiện nay. Việc đưa hệ thống vào trong hoạt động sản xuất giúp cho con người thuận tiện hơn trong việc lưu trữ và xuất hàng hoá tăng độ chính xác và tiết kiệm thời gian. 5. SƠ ĐỒ CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM - Trong thực tế hệ thống thường bao gồm 3 phần chính cơ bản :  Cánh tay đảm nhận vai trò gắp –đẩy hàng hoá.  Băng chuyền giúp chuyển hàng hoá từ nơi sản xuất vào kho chứa hàng.  Cảm biến hồng ngoại nhận diện sản phẩm. Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 14 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG 1. GIỚI THIỆU VỀ ĐỀ TÀI HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM - Sau khi tìm hiểu – thảo luận và xin ý kiến từ Giáo viên hướng dẫn Ths.Nguyễn Vạn Quốc. Nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài Hệ thống phân loại sản phẩm để làm đề tài Tốt nghiệp. Dựa trên những hình ảnh thực tế bên ngoài,chúng em đã lên ý tưởng và thực hiện mô hình thu nhỏ này. 2. GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHI TIẾT LINH KIỆN, THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC MITSUBISHI FX), THIẾT BỊ HIỂN THỊ (HMI) VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC CHI TIẾT LINH KIỆN 2.1.1 ĐỘNG CƠ 3 PHA: 2.1.1.1 Giới thiệu - Điện áp hoạt động: 220V - Công suất: 25W - Số vòng quay: 1400-1500/1 phút (Motor 4P) - Dòng: 0.26A - Tần số: 50Hz - Công dụng: Thường dùng làm cần gạt nước Ôtô, máy quay nướng, Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 15 Hình 2.1.1.1.1 Hình chi tiết các thông số chi tiết của động cơ 3 pha Hình 2.1.1.1.2 Hình ảnh thực tế động cơ 3 pha Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 16 2.1.1.2 Cấu tạo - Gồm có 2 bộ phận chính là Stator và Rotor. Stator là phần đứng yên hay còn gọi là phần tĩnh và Rotor là phần quay. Rotor được đặt bên trong Stator. Sẽ có một khe hở giữa Stator và Rotor, được biết đến như là khe hở không khí. Giá trị của khe hở không khí có thể dao động từ 0.5-2mm. 2.1.1.3 Nguyên lý hoạt động - Rotor lồng sóc bao gồm các thanh dẫn được gắn mạch 2 đầu bởi 2 vòng ngắn mạch. Dòng điện 3 pha chạy trong dây quấn Stator tạo ra một từ trường quay. Do vậy dòng điện sẽ được tạo ra trong những thanh dẫn của Rotor lồng sóc và nó bắt đầu quay. Hình 2.1.1.3 Rotor lồng sóc thường được sử dụng trong động cơ điện 3 pha Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 17 2.1.2 XI LANH KHÍ NÉN 2.1.2.1 Giới thiệu - Xi lanh khí nén hay còn gọi là Ben khí nén là thiết bị cơ khí được vận hành bằng khí nén. - Cấu tạo gồm các thành phần: Thân trụ (Barrel), Píttông (Piston), Trục píttông (Piston rod), các lỗ cấp – thoát khí (Cap-end port và Rod-end port). Hình 2.1.2.1 Cấu tạo của xi lanh khí nén 2.1.2.2 Nguyên lý hoạt động - Cụ thể xi lanh khí nén hoạt động theo cách chuyển hoá năng lượng của khí nén thành động năng, khiến pittông xi lanh chuyển động theo hướng mong muốn, qua đó làm truyền động đến thiết bị. 2.1.2.3 Công dụng của xi lanh trong mô hình - Các xi lanh được hàn hay ghép nối với nhau để tạo thành một cánh tay gắp-đẩy đơn giản với nhiệm vụ là gắp –đẩy sản phẩm từ băng tải đặt vào kho chứa Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 18 2.1.2.4 XI LANH KHÍ NÉN CDJ2B16 (Xi lanh nhiệm vụ Ra/Vào) Hình 2.1.2.4 Xi lanh khí nén CDJ2B16 sử dụng trong mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm - Số lượng: 2 thanh - Thông số cần thiết của xi lanh CDJ2B16 sử dụng trong mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm  Độ dài khi xi lanh làm việc ở vị trí X0: 175mm  Độ dài khi xi lanh làm việc ở vị trí X1: 325mm  Áp suất: 0.7Mpa Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 19 2.1.3 MẠCH CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI – PHÁT HIỆN VẬT CẢN 2.1.3.1 Giới thiệu - Cảm biến hồng ngoại là module phát hiện vật cản trong khoảng cách từ 2 – 25cm với góc phát hiện là 35̊. Khi phát hiện vật cản thì tín hiệu đầu ra OUT ở mức thấp và đèn LED màu xanh sáng. Ta có thể điều chỉnh được khoảng cách phát hiện vật cản bằng biến trở. Chỉnh tiết áp theo chiều kim đồ hồ để tăng khoảng cách và ngược lại để giảm khoảng cách. - Cổng OUT có thể điều chỉnh trực tiếp Relay 5V hoặc IO của MCU. - Điện áp cung cấp cho mạch cảm biến hồng ngoại: 3 – 5VDC. 2.1.3.2 Cấu tạo Hình 2.1.3.2 Sơ đồ cấu tạo Mạch cảm biến hồng ngoại – phát hiện vật cản Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 20 2.1.3.3 Ứng dụng của mạch cảm biến hồng ngoại – phát hiện vật cản trong mô hình Phân loại sản phẩm Hình 2.1.3.3 Mạch cảm biến hồng ngoại thực tế dùng trong mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao - Mô tả: Cảm biến hồng ngoại vật cản E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông quá biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân output khi sử dụng. - Thông số kỹ thuật:  Nguồn điện cung cấp: 6~36 VDC  Khoảng cách phát hiện: 5-30 cm  Có thể điều chỉnh khoảng cách qua biến trở  Dòng kích ngõ ra: 300mA  Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu  Chất liệu sản phẩm: Nhựa  Có Led hiển thị ngõ ra màu đỏ  Kích thước: 1.8cm(D) x 7cm(L) Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 21 - Sơ đồ dây:  Nâu: VCC  Đen: Ra tín hiệu  Xanh dương: GND - Số lượng: 2 cảm biến hồng ngoại - Chức năng:  Cảm biến X1: Giúp nhận sản phẩm có chiều cao loại I (cao)  Cảm biến X2: Gíup nhận hàng có chiều cao loại II (thấp) - Tất cả các mạch cảm biến hồng ngoại – phát hiện vật cản sử dụng trong mô hình được hàn cố định lên thành băng tải để nhận diện sản phẩm nhằm hạn chế tối đa sự nhiễu tín hiệu thu nhận được từ cảm biến. 2.1.4 VAN ĐIỆN TỪ KHÍ NÉN (VAN ĐẢO CHIỀU 5/2) 2.1.4.1 Giới thiệu - Van điện từ khí nén hay còn gọi là van đảo chiều là một cơ cấu điều chỉnh hướng điều chỉnh dòng khí nén qua xi lanh. Van điện từ khí nén có tác dụng Đóng – Ngắt dòng khí và điều chỉnh hướng của dòng khí qua xi lanh. 2.1.4.2 Nguyên lý hoạt động của van điện từ khí nén Hình 2.1.4.2 Sơ đồ mô phỏng quy trình làm việc của Van điện từ khí nén Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 22 - Nguyên lý: Khi chưa có dòng tín hiệu tác động vào hai cửa (1 và 2) thì cửa (1) bị chặn còn cửa (2) nối với cửa (3). Khi có dòng tín hiệu tác động vào cửa (1 và 2). Ví dụ tác dụng bằng dòng khí nén thì nòng van sẽ dịch chuyển về phí bên phải , cửa (1) nối với cửa (2) còn cửa (3) bị chặn. Trường hợp dòng tín hiệu tác động vào cửa (1 và 2) mất đi, dưới tác động của lực lò xo, nòng van sẽ trở về vị trí ban đầu. - Để phân loại Van điện tử người ta căn cứ vào số cửa là bao nhiêu, số vị trí làm việc là bao nhiêu, người ta còn căn cứ thêm điện áp của cuộn coil của Van điện từ gồm 2 cấp điện áp 24V và 220V. 2.1.4.3 Van đảo chiều 5/2 - Van đảo chiều 5/2 là van có 5 cửa vào 2 vị trí làm việc. Hình 2.1.4.3 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của Van đảo chiều 5/2 - Khi khí chưa cấp vào cửa điều khiển. Dưới tác động của lực lò xo từ van hoạt động ở vị trí bên phải. Lúc đó cửa số 1 thông với cửa số 2 và cửa số 4 thông với cửa số 5, cửa số 3 bị chặn. Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển 14 của van đảo chiều 5/2 làm van đảo trạng thái ta có cửa số 1 thông với cửa số 4 và cửa số 2 thông với cửa số 3, cửa số 5 bị chặn. 2.1.4.4 Ứng dụng của van đảo chiều 5/2 trong mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm - Số lượng: 2 van - Chức năng:  Mỗi van đảo chiều 5/2 giữ nhiệm vụ điều khiển các xi lanh ra vào mỗi khi cảm biến nhận diện được sản phẩm trong hệ thống Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 23 Hình 2.1.4.4 Van đảo chiều 5/2 thực tế dung trong mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm 2.1.5 CÁC LINH PHỤ KIỆN KHÁC BỔ SUNG CHO PHẦN CỨNG 2.1.5.1 Relay Omron NY4N 24VDC Hình 2.1.5.1 Relay Omron NY4N thực tế sử dụng trong mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 24 - Thông số quan trọng  Điện áp điều khiển cuộn dây: 24VDC  Dòng điệ áp điểm: 5A  Gồm 14 chân 2.1.5.2 Nguồn tổ ong 24VDC -3A - Thông số quan trọng  Điện áp đầu vào: 220VAC  Điện áp đầu ra: 24VDC – 3A  Công suất: 120W  Hiệu chỉnh: +/ – 10% Hình 2.1.5.2 Nguồn tổ ong 24VDC – 3A thực tế dùng trong mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 25 2.1.5.3 Biến tần 2.1.5.3.1 Định Nghĩa - Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được 2.1.5.3.2 Thông số kỹ thuật 2.1.5.3.3 Nguyên lý hoạt động - Nguyên lý hoạt động: Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 26 Hình 2.1.5.3.3 Sơ đồ nguyên lý của biến tần FR-S520 - Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống. - Ngoài ra,biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA. Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 27 2.1.5.3.4 Các thông số cơ bản khi cài đặt biến tần: Hình 2.1.5.3.4 Hình ảnh thực tế Biến tần *Cài thông số chọn cách RUN/STOP Trên bàn phím hay thông qua chân điều khiển bên ngoài (24V + S1). - Tài liệu thường là tiếng Anh nên tìm thông số có cụm từ thường là (Main run source selection), (Operation Method) hoặc (Drive Mode – Run/Stop Method) tùy mỗi loại biến tần có cách ghi khác nhau nói chung ai hiểu tiếng anh thì rất dễ. Trong đó có các lựa chọn như sau: 0: Keypad: Run/Stop trên bàn phím. 1: External Run/Stop control: Run/Stop bên ngoài. 2: Communication: Run/Stop qua cổng RS485. *Thời gian tăng tốc ( Acceleration time 1) và thời gian giảm tốc (Deceleration time 1). Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 28 - Thời gian tăng tốc là thời gian khi ta nhấn RUN thì motor sẽ chạy từ 0Hz ~ 50HZ nói chung là lúc chạy tốc độ tối đa, thường mặc định là 10 giây, tùy ứng dụng sẽ có thời gian khác nhau. Thời gian giảm tốc là thời gian khi nhấn STOP đến khi động cơ ngừng hẳn. Trong biến tần có thông số cài đặt bỏ qua chế độ Deceleration, đó là Fee Run, là lúc nhắn STOP sẽ cho motor ngừng tự do. *Chọn lựa cách thức thay đổi tần số - Thông số này thường mô tả tùy mỗi hãng là (Main frequency source selection), (Frequency setting Method), (Frequency Command). Bao gồm các lựa chọn sau: 0: Keypad: Thay đổi tần số bằng nút lên và xuống trên bàn phím. 1: Potentiometer on keypad: Thay đổi tần số bằng núm vặn. 2: External AVI analog signal Input: Thay đổi tần số bằng tín hiệu biến trở hoặc 0- 10VDC. 3: External ACI analog signal input: Thay đổi tần số bằng bằng tín hiệu 4-20mA. 4: Communication setting frequency: Thay đổi tần số bằng RS485. 5: PID output frequency: Thay đổi tần số bằng tín hiệu hồi tiếp PID. *Cài giới hạn tần số Cụm từ thường là (Frequency upper limit), (Maximum Frequency), là thông số cho phép động cơ chạy nhanh nhất với đơn vị là Hz, giả sử khi số này cài là 40Hz thì động cơ chạy tối đa là 40Hz, n=60×40/2 = 1200 Vòng/Phút. Có thể cài bao nhiêu cũng được trong phạm vi thông dụng là (1-60Hz) đối với động cơ thường. Nói chung chỉ với bốn thông số này là bạn có thể sử dụng được biến tần rồi, còn có rất nhiều thông số để cài đặt, khi đã biết đến đây các thông số khác trong quá trình sử dụng vận hành, chiến đấu với các ứng dụng thực tế, mò từ từ sẽ hiểu thêm về các thông số còn lại. 2.1.5.3.5 Cảnh báo về cách sử dụng biến tần - Sử dụng các đầu nối kiểu kẹp có măng sông cách điện để đấu dây nguồn điện và motor. - Việc cấp nguồn điện cho các đầu nối đầu ra(U,V,W) của biến tần sẽ làm hư hỏng biến tần. Tuyệt đối không sử dụng đấu dây đó. - Sau khi đấu dây, không được bỏ phần cắt bỏ dây điện vào trong biến tần. - Sử dụng các cáp đúng kích cỡ để giảm điện áp tối đa xuống 2%. Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 29 - Tổng chiều dài đấu dây là 500m. - Nhiễu sóng điện từ. - Không được lắp đặt tụ hiệu chỉnh hệ số công suất, bộ triệt tiêu xung điện hoặc bộ lọc nhiều vô tuyến ở phía đầu ra của biến tần. - Chập mạch hoặc lỗi lối đất ở đầu ra của biến tần có thể làm hư hỏng mô-đun của biến tần. - Không được sử dụng công tắc tơ điện từ phía đầu vào của biến tần để khởi động/dừng biến tần. - Không được sử dụng điện áp cao hơn điện áp cho phép cho các mạch tín hiệu I/O của biến tần. - Cần đảm bảo các thông số và định mức phù hợp với các yêu cầu của hệ thống. Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 30 2.1 GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH (PLC MITSUBISHI FX), CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ THIẾT BỊ HIỂN THỊ (HMI) 2.2.1 PLC 2.2.1.1 Giới thiệu - PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller. Là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình. - Người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm. PLC dùng để thay thế các mạch Relay trong thực tế. PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra cũng thay đổi theo. 2.2.1.2 Cấu trúc - Tất cả các PLC điều có thành phần chính là: Bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm các bộ nhớ ngoài EPROM). Một bộ vi xử lí có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC với các Module vào/ra. - Bên cạnh đó một bộ PLC hoàn chỉnh còn kèm thêm một đơn vị lập trình bằng tay hay bằng máy tính. Nếu đơn vị lập trình là đơn vị xách tay, RAM thường là loại CMOS có pin dự phòng, chỉ khi nào chương trình đã được kiểm tra và sẵn sang sữ dụng thì nó mới truyền sang bộ nhớ của PLC. Đối với các PLC lớn thường lập trình trên máy tính nhằm hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình. Các đơn vị lập trình nối với PLC qua cổng RS232, RS422, RS485, Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 31 Hình 2.2.1.2 Sơ đồ cấu trúc cơ bản trong PLC 2.2.1.3 Nguyên lý hoạt động - Khi thiết bị được kích hoạt (trạng thái ON hoặc OFF do thiết bị điều khiển vật lí bên ngoài). Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp chương trình (lặp vòng) do người dùng cài đặt sẵn và chờ tín hiệu xuất hiện ở ngõ và và xuất ra các tín hiệu điều khiển ở ngõ ra. 2.2.1.4 Ưu điểm - Người ta đã chế tạo ra thiết bị điều khiển lập trình PLC nhằm thoả mãn các điều sau:  Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học.  Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa.  Dung lượng lớn để có thể chứa được các chương trình phức tạp.  Hoàn toàn tin cậy trong môi trường Công nghiệp.  Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các Module mở rộng. - Hiện nay trên thị trường có rất nhiều chủng loại PLC khác nhau đến từ nhiều hang sản xuất nổi tiếng như: MITSUBISHI, OMRON, SIEMENS, SCHNEIDER, - Mỗi hãng sản xuất PLC điều có phần mềm ngôn ngữ lập trình riêng chuyên dụng cho PLC mà hãng sản xuất. Ví dụ như:  Phần mềm lập trình PLC MITSUBISHI GX-Developer Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 32  Phần mềm lập trình PLC OMRON CX-One  Phần mềm lập trình PLC SIEMENS Simatic-S7  v.v 2.2.2 PLC MITSUBISHI - Được sự hướng dẫn và giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn Ths.Nguyễn Vạn Quốc tìm hiểu về PLC MITSUBISHI nên chúng em sử dụng dòng PLC FX1N – 20RM của hãng MITSUBISHI làm thiết bị điều khiển lập trình cho mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm 2.2.2.1 Giới thiệu - PLC FX là một loại PLC micro của hãng MITSUBISHI nhưng có nhiều tính năng mạnh mẽ. Loại PLC này được tích hợp sẵn các cổng I/O trên CPU. - PLC FX ra đời từ năm 1891 cho đến nay đã có rất nhiều chủng loại tuỳ thuộc theo Model như: F, F1, FX1, FX0(S), FX0N, FX1S, FX1N, FX2N, và FX3U. Tuỳ theo Model mà các loại này có dung lượng bộ nhớ khác nhau. Dung lượng bộ nhớ có trong chương trình có thể từ 2kStep đến 8kStep (hoặc 64kStep khi gắn thêm bộ nhớ ngoài). Tổng số I/O đối với các loại này có thể lên đến 256 I/O, riêng đối với FX3U© có thể lên đến 384 I/O. Số Module mở rộng có thể lên đến 8 Module. - Loại PLC FX tích hợp nhiều chức năng trên CPU (Main Unit) như ngõ ra xung hai toạ độ, bộ đếm tốc độ cao (HSC), PID, đồng bộ thời gian thực, - Module mở rộng có nhiều chủng loại như Analog, xử lí nhiệt độ, điều khiển vị trí, các Module mạng như Cclink, Profibus, - Ngoài ra còn các Board mở rộng (Extension Board) như Analog, các Board dùng cho truyền thông các chuẩn RS232, RS422, RS485 và USB. - Để lập trình PLC MITSUBISHI ta có thể sử dụng các phần mềm sau: FXGP_WIN_E, GX_Developer. - Các phương pháp lập trình như: Ladder, Instruction, SFC 2.2.2.2 Cấu trúc - Một PLC MITSUBISHI gồm có:  Tín hiệu ngõ vào: X  Tín hiệu ngõ ra: Y Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 33  Bộ định thời Timers: T  Bộ đếm Counter: C  Các cờ nhớ của PLC: M và S - Các thiết bị trên bộ PLC FX  Có 6 thiết bị lập trình cơ bản. Mỗi thiết bị có công dụng riêng, để dễ dàn xác định thì mỗi thiết bị gán một kí tự riêng.  X: Dùng để chỉ ngõ vào vật lý gắn trực tiếp vào PC. Các ngõ vào này có thứ tự được đếm theo hệ đếm bát phân X0, X1, X3, X4, X5, X6, X7, X10, X11,  Y: Dùng để chỉ ngõ ra trực tiếp của PC. Các ngõ ra này có thứ tự được đếm theo hệ bát phân Y0, Y1, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, Y10, Y11,  M và S: Dùng như các cờ hoạt động trong PC.  Tất cả các thiết bị được gọi là thiết bị Bit, nghĩa là các thiết bị này có hai trạng thái ON hoặc OFF, 1 hoặc 0.  Ta có thể tổ hợp các thiết bị Bit lại để có thể tạo thành một dữ liệu 4Bit, Byte, Word hay Doulbe Word.  D: Thanh ghi 16Bit/32Bit. Đây là thiết bị Word.  T: Dùng để xác định thiết bị định thì có trong PC Timer. Dữ liệu trên Timer dạng Word (16Bit) và trạng thái Timer ta nói là thiết bị Bit.  C: Dùng để xác định thiết bị đếm có trong PC. Dữ liệu trên Counter là dữ liệu dạng Word (16Bit/32Bit) và trạng thái trên Counter là trạng thái Bit. 2.2.3 PLC FX1N – 20MR 2.2.3.1 Thông số kỹ thuật PLC MITSUBISHI FX1N – 20MR - INPUT: 24 DIGITAL SINK - OUTPUT: 12 RELAY - OUTPUT TYPES: RELAY - SUPPLY VOLTAGE: AC 220 OR 110V - INTERNAL RELAYS: 512 (128 STORED EEPROM) - DATA REGISTERS: 256 (128 STORED EEPROM) - TIMERS: 64 - STATES: 128 - COUNTERS: 32 (16 STORED IN EEPROM) - HIGH SPEED COUNTERS: MAX. 4 AND 32 BIT OPERATION - PROCESSING TIME: BASIC INSTRUCTION:1.6 TO 3.6 MS Đồ Án Tốt Nghiệp: Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ Trong Băng Tải Và Phân Loại Sản Phẩm Theo Chiều Cao Trần Lê Anh Khoa _ 1311050076 Nguyễn Duy Hoàn _ 1311050051 34 - APPLIED INSTR:10-100 MS - NUMBER OF INSTRUCTIONS: 20 SEQUENCE,42 APPL - PROGRAM SIZE: 2000 STEPS ALL STORED EEPROM - MEASURES: 130*90*87 Hình 2.2.3.1 PLC MITSUBISHI FX1N – 20MR thực tế dùng trong mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm 2.2.3.2 Ứng dụng của PLC MITSUBISHI FX1N – 20MR sử dụng trong mô hình Hệ thống phân loại sản phẩm - Là nơi chứa chương trình xuất và thu tính hiệu để điều khiển động cơ DC, các Van đảo chiều khí nén thông qua đó điều khiển hoạt động đi ra vào của xi lanh khí nén giúp cho tất cả hoạt động theo một chương trình đã được định sẵn. 2.2.4 THIẾT BỊ HIỂN THỊ (HMI) 2.2.4.1 Giới thiệu - HMI là từ viết tắt của Human – Machine – Interface, nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy m