Đồ án Ứng dụng PLC để điều khiển và giám sát mô hình máy phun sơn gỗ

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH MÁY PHUN SƠN GỖ GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ SVTH : Trƣơng Minh Đức MSSV : 14141073 Tp. Hồ Chí Minh – 01/2019 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH MÁY PHUN SƠN GỖ GVHD: ThS. Trần Văn Sỹ SVTH : Trương Minh Đức MSSV : 14141073 Tp. Hồ Chí Minh – 01/2019 ii TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 05 tháng 1 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trương Minh Đức MSSV: 14141073 Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện - Điện tử Mã ngành: 01 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2014 Lớp: 14941DT I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH MÁY PHUN SƠN GỖ II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: (ghi những thông số, tập tài liệu tín hiệu, hình ảnh,) - Sử dụng hai động cơ Servo để điều khiển di chuyển cho hai trục. - Thực hiện giám sát thông số áp suất khí, mực sơn và hiển thị lên màn hình HMI. - Sử dụng PLC dòng Q của Mitsubishi. Với các Module hỗ trợ phát xung, đọc tín hiệu Analog và truyền thông qua mạng CC-Link. - Tài liệu sử dụng sẽ được lấy từ Manual của hãng Mitsibishi. 2. Nội dung thực hiện:  NỘI DUNG 1: Tìm hiểu về quy trình và điều kiện sơn trên gỗ.  NỘI DUNG 2: Thiết kế phần cơ cho mô hình.  NỘI DUNG 3: Lắp ráp phần cơ cho mô hình.  NỘI DUNG 4: Thiết kế phần điện cho mô hình.  NỘI DUNG 5: Lắp ráp phần điện cho mô hình.  NỘI DUNG 6: Thiết kế lưu đồ giải thuật điều khiển  NỘI DUNG 7: Viết chương trình PLC theo lưu đồ.  NỘI DUNG 8: Thiết kế giao diện điều khiển.  NỘI DUNG 9: Chạy thử nghiệm máy.  NỘI DUNG 10: Cân chỉnh hệ thống.  NỘI DUNG 11: Viết sách luận văn.  NỘI DUNG 12: Báo cáo đề tài tốt nghiệp. iii III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 10/10/2018 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/01/2019 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS. Trần Văn Sỹ CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv TRƢỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC ----o0o---- Tp. HCM, ngày 05 tháng 01 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: TRƢƠNG MINH ĐỨC Lớp:14941DT MSSV:14141073 Tên đề tài: ỨNG DỤNG PLC ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔ HÌNH MÁY PHUN SƠN GỖ Tuần/ngày Nội dung Xác nhận GVHD Tuần 1 01/10 – 06/10 Gặp giảng viên hƣớng dẫn và làm đề cƣơng Tuần 2 07/10 – 13/10 Tìm hiểu về quy trình phun sơn gỗ và lên ý tƣởng thiết kế Tuần 3 14/10 – 20/10 Tìm hiểu Module phát xung QD75D2 và Module đọc Analog AJ65VBTCU-68ADVN và Module truyền thông CC-Link QJ61BT11 Tuần 4 21/10 – 27/10 Lập trình phát xung điều khiển động cơ Servo Tuần 5 29/10 – 04/11 Lập trình đọc tín hiệu Analog sử dụng Module đọc Analog AJ65VBTCU-68ADVN và Module truyền thông CC-Link QJ61BT11 Tuần 6 05/11 – 11/11 Thiết kế và lập trình giám sát cho màn hình HMI Tuần 7 12/11 – 18/11 Thiết kế trạm “CONTROL STATION”, trạm “CONTROL AND MONITORING”, Màn hình “HMI”, trạm “AJ65VBTCU-68ADVN” Tuần 8 19/11 – 25/11 Thi công trạm “CONTROL STATION”, trạm “CONTROL AND MONITORING”, Màn hình “HMI”, trạm “AJ65VBTCU-68ADVN” Tuần 9 26/11 – 02/12 Thiết kế mô hình Phun sơn Tuần 10 03/12 – 09/12 Thi công mô hình phun sơn Tuần 11 10/12 – 16/12 Thi công mô hình phun sơn Tuần 12 17/12 – 23/12 Thi công mô hình phun sơn Tuần 13 24/12 – 30/12 Viết báo cáo đồ án Tuần 14 31/12 – 06/01 Viết báo cáo đồ án Tuần 15 07/01 – 13/01 Chuẩn bị cho báo cáo đồ án tốt nghiệp v Tuần 16 14/01 – 20/01 Báo cáo đồ án tốt nghiệp GV HƢỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) vi LỜI CAM ĐOAN Đề tài này là do tôi tự thực hiện dựa vào một số tài liệu trước đó và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Sinh viên thực hiện đề tài 7 vii LỜI CẢM ƠN Em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Trần Văn Sỹ Giảng viên thuộc Viện Sư phạm Kỹ thuật đã trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài. Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Điện-Điện Tử đã tạo những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài. Em cũng gửi lời đồng cảm ơn đến các bạn lớp 14941DT đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu trong thời gian thực hiện đề tài. Cảm ơn đến cha mẹ, đã tạo động lực và điều kiện để các con có thể hoàn thành được đồ án một cách tốt nhất. Xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện đề tài viii MỤC LỤC Trang bìa ........................................................................................................................ i Nhiệm vụ đồ án ............................................................................................................. ii Lịch trình ..................................................................................................................... iv Cam đoan .................................................................................................................... vi Lời cảm ơn .................................................................................................................. vii Mục lục ...................................................................................................................... viii Liệt kê hình vẽ ............................................................................................................. xi Liệt kê bảng vẽ xiv Tóm tắt ....................................................................................................................... xv CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................ 1 1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1 1.2. Mục tiêu ............................................................................................................. 1 1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 1 1.4. Giới hạn .............................................................................................................. 2 1.5. Bố cục ................................................................................................................ 2 CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ................................................................ 4 2.1. Quy trình phun sơn gỗ ....................................................................................... 4 2.2.1. Sơn PU ............................................................................................................ 4 2.2.2. Cách pha chế sơn ............................................................................................ 4 2.2.3. Quy trình sơn PU ............................................................................................ 4 2.2. Giới thiệu về PLC .............................................................................................. 6 2.2.1. Tổng quan về PLC .......................................................................................... 6 a. Định nghĩa ............................................................................................................ 6 b. Cấu tạo .................................................................................................................. 6 2.2.2. Đặc điểm và vai trò của PLC.......................................................................... 8 a. Đặc điểm ............................................................................................................... 8 b. Vai trò ................................................................................................................... 8 2.2.3. PLC dòng Q của hãng Mitsubishi .................................................................. 9 a. PLC dòng Q .......................................................................................................... 9 b. Những tính năng chính ......................................................................................... 9 ix c. Dãy sản phẩm ..................................................................................................... 10 d. Các loại bộ nhớ ................................................................................................... 12 2.2.4. Động cơ Servo .............................................................................................. 13 a. Khái quát ............................................................................................................. 13 b. Sự khác biệt giữa động cơ Servo và động cơ thường ......................................... 13 c. Cấu tạo ................................................................................................................ 15 d. Nguyên lý hoạt động của Encoder ..................................................................... 16 e. Động cơ AC Servo .............................................................................................. 16 2.2.5. Mạng truyền thông trong công nghiệp ......................................................... 17 a. Khái quát ............................................................................................................. 17 b. Mạng CC-Link.................................................................................................... 17 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ. ................................................ 24 3.1. Giới thiệu ......................................................................................................... 24 3.2. Tính toán và thiết kế hệ thống .......................................................................... 24 3.2.1. Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ......................................................................... 24 3.2.2. Tính toán và thiết kế mạch ............................................................................ 25 a. Trạm Control Station ........................................................................................... 25 b. Trạm AJ65VBTCU-68ADVN ............................................................................ 31 c. Màn hình HMI ..................................................................................................... 33 d. Trạm Control and Monitoring ............................................................................. 37 e. Cảm biến ............................................................................................................. 38 f. Cách nối dây giữa Module QD75D2 và Driver Servo ........................................ 41 g. Mô hình phun sơn .............................................................................................. 42 CHƯƠNG 4. THI CÔNG HỆ THỐNG ...................................................... 44 4.1. Giới thiệu. ......................................................................................................... 44 4.2. Thi công hệ thống .............................................................................................. 44 4.2.1. Thi công trạm Control Station ........................................................................ 44 4.2.2. Thi công trạm AJ65VBTCU-68ADVN .......................................................... 45 4.2.3. Thi công màn hình HMI ................................................................................. 46 4.2.4. Thi công trạm Control and Monitoring .......................................................... 49 4.3. Đóng gói và thi công mô hình ........................................................................... 50 4.3.1. Đóng gói bộ điều khiển .................................................................................. 50 4.3.2. Thi công mô hình phun sơn ............................................................................ 51 x a. Khối nguồn ........................................................................................................... 52 b. Cảm biến quang .................................................................................................... 53 c. Cảm biến áp suất ................................................................................................... 54 d. Van điện từ ........................................................................................................... 55 e. Bộ chỉnh áp suất .................................................................................................... 56 f. Bồn Chứa sơn ........................................................................................................ 56 g. Trục ngang ............................................................................................................ 57 h. Trục dọc ................................................................................................................ 58 i. Relay ...................................................................................................................... 58 j. Đầu phun ............................................................................................................... 59 4.4. Lập trình hệ thống .............................................................................................. 60 4.4.1. Lưu đồ giải thuật ............................................................................................. 60 4.4.2. Phần mềm lập trình ......................................................................................... 66 a. Giới thiệu phần mềm lập trình .............................................................................. 66 b. Viết chương trình hệ thống ................................................................................... 68 4.4.3. Phần mềm Designer3 ...................................................................................... 86 a. Phần mềm GT Designer3 ...................................................................................... 86 b. Các tính năng và công cụ chủ yếu được sử dụng trong GT Designer3 ................ 88 c. Chức năng Script trong GT Designer3 ................................................................. 88 4.4.4. Truyền thông với GT Desinger3 .................................................................... 92 4.5. Lập trình mô phỏng ........................................................................................... 94 4.6. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng và thao tác ...................................................... 98 4.6.1. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng ..................................................................... 98 4.6.2. Quy trình thao tác ........................................................................................... 98 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ ............................... 100 5.1. Kết quả ............................................................................................................. 100 5.2 Nhận xét. .......................................................................................................... 104 5.3 Đánh giá ............................................................................................................ 105 CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. ......................... 106 6.1 Kết luận . ........................................................................................................... 106 6.2 Hướng phát triển ............................................................................................... 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC .............................................................................................................. xi LIỆT KÊ HÌNH VẼ Hình Trang Hình 2.1: Cấu trúc cơ bản của PLC .............................................................................. 7 Hình 2.2: Cấu tạo động cơ Servo ................................................................................. 15 Hình 2.3: Nguyên lý Encoder........................................................................................ 16 Hình 2.4: Tốc độ truyền CC-Link ................................................................................ 18 Hình 2.5: Hệ thống nối dây giản lược .......................................................................... 18 Hình 2.6: Loại trừ trạm phụ .......................................................................................... 19 Hình 2.7 Cấu trúc hệ thống CC-Link ............................................................................ 19 Hình 2.8: Giao tiếp trạm chủ và trạm I/O từ xa ............................................................ 21 Hình 2.9: Giao tiếp trạm chủ và trạm thiết bị từ xa ...................................................... 22 Hình 2.10: Giao tiếp trạm chủ và trạm cục bộ .............................................................. 23 Hình 3.1. Module Q61P ................................................................................................ 26 Hình 3.2. Module Q12H ................................................................................................ 26 Hình 3.3. Module QX40 ................................................................................................ 27 Hình 3.4. Sơ đồ đấu dây của Module QX40 ................................................................. 27 Hình 3.5. Module QY41P ............................................................................................. 28 Hình 3.6. Sơ đồ đấu dây của Module QY41P ............................................................... 28 Hình 3.7. Module QJ61BT11N ..................................................................................... 29 Hình 3.8. Module QD75D2 .......................................................................................... 30 Hình 3.9. Thiết kế mô hình trạm CONTROL STATION ............................................. 30 Hình 3.10. Module AJ65VBTCU-68ADVN ................................................................ 31 Hình 3.11. Đặc tính chuyển đổi của module AJ65VBTCU-68ADVN ........................ 32 Hình 3.12. Sơ đồ đấu dây cho module AJ65VBTCU-68ADVN .................................. 32 Hình 3.13. Thiết kế mô hình trạm AJ65VBTCU-68ADVN ......................................... 33 Hình 3.14. Sơ đồ cấp nguồn cho GOT .......................................................................... 34 Hình 3.15. Kết nối giữa GOT và CPU .......................................................................... 34 Hình 3.16. Thiết kết bảng Mica cho màn hình HMI ..................................................... 35 Hình 3.17. Giao diện giới thiệu .................................................................................... 36 Hình 3.18. Giao diện giám sát ....................................................................................... 36 Hình 3.19. Thiết kết Mica cho trạm CONTROL AND MONITORING ...................... 38 Hình 3.20. Cảm biến PM-L44 ....................................................................................... 39 Hình 3.21. Cảm biến E8CB........................................................................................... 39 xii Hình 3.22. Cảm biến mức nư