Lời nói đầu:

Ngày nay,với sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật,thế giới đã có những chuyển biến rõ rệt và ngày càng tiên tiến hơn,hiện đại hơn.Sự phát triển của công nghệ,đặc biệt là công nghệ tự động đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất,thiết bị máy móc hiện đại với những đặc điểm vượt trội như sự chính xác cao,tốc độ nhanh,khả năng thích ứng,sự chuyên môn hóa….đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nền công nghiệp hiện đại.

Công nghệ tự động hoá đang trở thành một nghành kỹ thuật đa nhiệm vụ,nó đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các nghành khác như trong công nghiệp,xây dựng,y tế…kể cả trong nông - lâm nghiệp và ngày càng được ứng dụng nhiều trong thực tế đời sống hàng ngày.

Trong công nghiệp,trong những nhà máy sản xuất nước uống đóng chai thì dây chuyền chiết rót đóng nắp là một khâu không thể thiếu và rất quan trọng.Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó,nhóm đã thiết kế và thi công mô hình chiết rót đóng nắp chai tự động sử dụng PLC để điều khiển.

Nội dung của đồ án bao gồm 2 phần : Phần 1 : lý thuyết

Phần 2 : thiết kế và thi công

Với sự hạn chế về kiến thức nên chắc chắn đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót,rất mong quý Thầy Cô và các bạn chân thành góp ý,xin chân thành cảm ơn.

Nhóm thiết kế :

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,việc ứng dụng những nghiên cứu lý thuyết để áp dụng trong thực tế là một điều hết sức quan trọng để kiểm nghiệm một cách chính xác nhất tính đúng đắn và hiệu quả của những nghiên cứu đó.Ý tưởng về một dây chuyền sản xuất đóng nắp chai sản phẩm trong các nhà máy sản xuất nước uống đóng chai cũng ra đời từ đó và dựa trên những nền tảng có từ trước cùng với sự nghiên cứu phát triển thêm của nhóm,nhóm đã mạnh dạn thiết kế mô hình dây chuyền chiết rót đóng nắp chai sản phẩm.

Đề tài được thực hiện trong phạm vi tương đối hẹp,chưa thể ứng dụng được trong thực tế nếu không có sự nghiên cứu và đầu tư thêm nhưng qua đó nhóm cũng đã thực hiện được mục tiêu mà mình đã hướng đến đó là ứng dụng những điều đã được học và nghiên cứu để giải quyết một vấn đề trong thực tiễn cuộc sống.Mặt khác,trong một phạm vi nhất định thì tập đồ án này có thể coi như một tài liệu tham khảo,học tập cho những sinh viên trong nghành kỹ thuật.

PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN :

+  Tham khảo và tổng hợp tài liệu từ các nguồn khác nhau

.          +  Tiến hành thực nghiệm trên mô hình thực tế của nhóm.

+  Theo dõi,đánh giá,nhận xét các số liệu thực nghiệm.

+  Xử lý số liệu,tính toán và viết báo cáo.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.Đặt vấn đề :

Trong thực tế, các dây chuyền chiết rót sử dụng trong các nhà máy có rất nhiều về kiểu dáng, kích thước….cách thức điều khiển cũng rất khác nhau.Ở phạm vi đồ án này nhóm đã quyết định thiết kế dây chuyền chiết rót đóng nắp chai sử dụng PLC Mitsubishi để điều khiển.

1.2.Mục tiêu của đề tài :

Những vấn đề cần giải quyết trong đề tài :

- Tìm hiểu về PLC

- Động cơ bước

- IC điều khiển động cơ bước

- Thiết kế kết cấu cơ khí

- Liên kết phần cứng – phần mềm

1.3.Phạm vi đề tài :

Phần cơ khí :

- Thi công 4 băng tải (rộng 65mm,cao 130mm,dài 300mm)

- Mâm xoay (đường kính 400mm)

- Khung sắt để dựng mô hình

- Pen khí nén, van 5-2 để điều khiển

Phần điện :

- Thiết bị điều khiển PLC Mitsubishi FX1N-40MT

- Động cơ bước đơn cực 4 pha

- Sử dụng dòng IC điều khiển STK672

Phần mềm lập trình :  GX developer

Đối tượng điều khiển : mô hình đã thiết kế

1.4.Sơ lược nội dung đồ án :

Chương 1 : Giới thiệu tổng quan đề tài

- Đặt vấn đề

- Mục tiêu của đề tài

- Phạm vi đề tài

- Sơ lược nội dung đồ án

Chương 2 : Tìm hiều PLC Mitsubishi FX1N-40MT

- Giới thiệu PLC Mitsubishhi FX1N.

- Cấu tạo của PLC Mitsubishi FX1N-40MT

- Tập lệnh PLC Mitsubishi

- Phần mềm GX developer

Chương 3 : Động cơ bước

- Khái niệm

- Cấu tạo

- Nguyên lý hoạt động

- Phân loại

- Điều khiển tốc độ quay

- Các đặc trưng của tín hiệu điều khiển động cơ bước

- Ứng dụng

Chương 4 : IC điều khiển động cơ bước STK672-050

- Giới thiệu tổng quát về STK672-05

- Thiết lập dòng cho động cơ,sơ đồ mạch

- Mô tả chức năng khối điều khiển

- Chức năng của các chân điều khiển chính

- Sơ đồ mạch STK672-050

Chương 5 : Thiết kế và thi công mô hình

Chương 6 : Chương trình PLC Chương 7 : Kết luận

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU PLC MITSUBISHI FX1N-40MT

2.1. Giới thiệu PLC Mitsubishi FX1N :

Phát triển từ dòng FX1s, dòng PLC FX1N được tích hợp nhiều chức năng hơn, với giá thành thấp, kích thước nhỏ gọn  và khả năng mở rộng I/O có thể lên tới 128 point, đồng thời cho phép mở rộng linh hoạt  bằng các module chuyên dụng phù hợp với từng bài toán điều khiển cụ thể. PLC FX1N còn được tích hợp bộ điều khiển vị trí sẵn sàng cho mọi ứng dụng.  FX1N phù hợp cho các bài toán điều khiển ở mức độ trung bình.

Khả năng truyền thông và trao đổi dữ liệu của PLC FX1N là ý tưởng cho những ứng dụng mà phần cứng bộ điều khiển, tính năng truyền thông, chức năng đặc biệt và tốc độ xử lý là then chốt.

Chức năng và khả năng mở rộng của họ PLC FX1N :

     Số lượng I/O trên CPU: 14-24-40-60

     Số lượng I/O có thể mở rộng lên tới 128

     Tích hợp ngay trên CPU 2 đầu ra có chức năng tạo xung lên tới 100Khz và có khả năng mở rộng bằng các mô đun đầu vào đếm tốc độ cao lên tới 60Khz.

o      1 pha:

      Max 60 kHz / Hardware high speed counter (C235, C240)

      Max 10 kHz / Software high speed counter (C241, C244)

o      2 pha:

      Max 30 kHz / Hardware high speed counter (C251)

      Max 5 kHz / Software high speed counter (C252-C254)

     Tích hợp sẵn cổng lập trình RS-422, và có khả năng mở rộng thêm các Board truyền thông như: RS-232C, RS-422 hay RS-485 ngay lên CPU, hoặc băng các

mô truyền thông RS-232C, RS-422, RS-485 chuyên dụng, cho phép thực hiện kết nối kiểu N:N, kết nối 1:1, kết nối Computer Link 1:N

     Có thể mở rộng truyền thông bằng các mô đun chuyên dụng như: Mô đun giao diện AS, mô đun giao diện DeviceNet, mô đun giao diện DP Profibus, mô đun

giao diện IF Profibus, mô đun kết nối mạng Melsec CC-Link, Melsec I/O Link

(mạng chuyên dụng của Mitstubishi).

     Có thể mở rộng bằng các mô đun chuyên dụng như: Mô đun điều khiển nhiệt độ, mô đun đầu vào thích hợp cho các cảm hiến nhiệt độ.

     Có thể mở rộng bằng các mô đun vào/ra tương tự 2 kênh, 3 kênh, 4 kênh và lên tới 8 kênh (độ phân giải lên tới 12bit) tương thích với các kiểu đầu vào 0-

10VDC, 0-5VDC, 0-20mA, 4-20mA.

     Tích hợp sẵn Real Time Lock cho các ứng dụng cần thời gian thực, có sẵn lệnh

PID cho các ứng dụng điều khiển quá trình sử dụng điều khiển vòng kín.

     Có thể sử dụng nguồn cấp 1 chiều 24V hoặc xoay chiều với giải điện áp cho phép từ 85V-264V

     Đầu ra có thể chọn lựa là kiểu Rơ le (2A) hoặc Transistor (0.3A).

Bảng 2.1: Bảng tóm tắt các thông số chức năng cơ bản của họ PLC FX-1N

Đặc điểm kỹ thuật chi tiết của PLC FX1N :

PLC gồm ba khối chức năng cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ và khối vào/ra. Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và đưa vào bộ nhớ đệm, PLC thực hiện các lệnh logic trên các trạng thái của chúng, thông qua chương trình trạng thái ngõ ra được cập nhập và lưu vào bộ nhớ đệm; sau đó trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm được dùng để đóng/mở các ‘tiếp điểm’ kích hoạt các thiết bị tương ứng. Như vậy, sự hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình trong bộ nhớ. Chương trình được nạp vào PLC thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng. Sau đây là các đặc điểm chi tiết của PLC họ FX1N.

2.2. Cấu tạo của PLC Mitsubishi FX1N-40MT :

Sơ đồ hình dáng bên ngoài :

Hình 2.2: Sơ đồ hình dáng bên ngoài PLC FX1N

Sơ đồ các bộ phận cấu thành bên ngoài :

Hình 2.3: Sơ đồ các bộ phận cấu thành bên ngoài PLC FX1N

Sơ đồ PLC kết nối với máy tính

2.2.1. Các modun có khả năng kết nối PLC FX1N

Bảng 2.2: Bảng tóm tắt các module có khả năng kết nối PLC FX1N

2.2.2. Đọc mã sản phẩm :

2.2.3. Nguồn cung cấp : Sản phẩm PLC FX có nhiều loại nguồn cung cấp từ AC đến DC cho PLC làm việc và tương thích với tất cả các chuẩn nguồn khắc khe của Hoa Kỳ và Châu Âu. Có hai loại nguồn cung cấp chính cho PLC bao gồm:

- Nguồn AC:

- Nguồn DC:

Bảng 2.4: Tóm tắt thông số nguồn cung cấp AC và DC cho họ PLC FX-1N

Ngoài ra nhà sản xuất còn cung cấp loại pin đặc biệt tích hợp bên trong PLC( tùy PLC mà nó có hỗ trợ hay không), nhằm mục đích nếu nguồn cung cấp bị mất đi do sự cố thì hệ thống vẫn còn làm việc do có nguồn điện dự phòng này

2.2.4. Ngõ vào – ra (relay và transistor) :

Trong PLC FX của Mitsubishi:

Các ngõ vào thường được ký hiệu chữ: “X” Các ngõ ra thường được ký hiệu chữ: “Y”

Mức logic thường dùng cho khối PLC là: Mức 0 tương ứng với áp 0V Mức 1 tương ứng với áp 24V

Tác động ngõ vào : ngõ tác tác động của PLC có hai nguồn tác động, loại nguồn tác động theo chuẩn công nghiệp 24VDC và chuẩn nguồn tác động 110V cho các khối mở rộng chuyên biệt.

Các yêu cầu đối với nguồn tác động ngõ vào 24VDC:

Bảng 2.5: Bảng các yêu cầu đối với nguồn tác động ngõ vào 24VDC

Kết nối ngõ vào trong PLC FX nói chung có các cách kết nối sau: kết nối kiểu sink/source, kết nối mắc thêm diode, kết nối mắc thêm điện trở song song với ngõ vào hoặc kết nối trực tiếp áp vào tiếp điểm ngõ vào để tạo mức logic mức thấp và cao tương ứng. Mỗi cách kết nối đều có ưu khuyết điểm khác nhau nhưng đều phục vụ cho từng ứng dụng cụ thể.

Các yêu cầu đối với nguồn tác động ngõ vào 110VAC cho khối mở rộng:

Bảng 2.6: Các yêu cầu đối với nguồn tác động ngõ vào 110VAC cho khối mở rộng

Tác động ngõ ra : Ở PLC FX1N thì ngõ ra làm việc chỉ với relay và Transistor với các giá trị định mức như bảng sau:

Bảng 2.7: Quy định các các giá trị định mức cho ngõ ra relay và Transistor

Đấu nối ngõ ra PLC với tải Relay và Transistor :

- Tải Relay:

- Tải Transistor:

+ Kiểu Source

+ Kiểu Sink (chỉ dành cho sản phẩm xuất xứ từ Nhật Bản):

Bảng 2.8: Sơ đồ đấu dây các ngõ ra transistor và rela

Lưu ý:

- Khi sử dụng PLC cần lưu có ngõ ra tác động là relay hay transistor để đấu nối cho hợp lý. Đối với PLC có ngõ ra Transistor thì khi kết nối nguồn cung cấp DC cần lưu ý xuất xứ của loại PLC.

- Ví dụ: Đối với sản phẩm xuất xứ từ Nhật Bản thì chắc chắn phải đấu nối theo kiểu Sink, khi đó dòng điện đi từ các Y*** về các cổng COM tương ứng. Trừ trường hợp có ghi chú khác.