THIẾT KẾ MODUL ĐIỀU KHIỂN TRẠM MÁY CẮP PHÔI TỰ ĐỘNG

THIẾT KẾ MODUL ĐIỀU KHIỂN TRẠM MÁY CẮP PHÔI TỰ ĐỘNG , thuyết minh, động học máy, kết cấu máy, nguyên lý máy, cấu tạo máy, quy trình sản xuất

MỤC LỤC

Chương 1        :  ĐẶT VẤN ĐỀ.. - 9 -

1.1        Lí do chọn đề tài:. - 9 -

1.2        Hiện trạng của đề tài “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”:. - 9 -

1.3        Những Công Việc Nhóm Chúng Em Làm đề tài “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”:  - 9 -

1.4        Các vấn đề khó khăn cần giải quyết:Trong quá trình thiết kế và thi công thường xảy ra những vấn đề sau:  - 10 -

1.5        Biện pháp khắc phục cho từng phần trên như sau:. - 10 -

Chương 2        : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG.. - 11 -

2.1        Cấu trúc, ứng dụng Của “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”. - 11 -

2.1.1         Trạm cấp phôi tự động có những thành phần cơ bản sau:. - 11 -

2.1.1.1     Cấu trúc và ứng dụng của thanh trượt. - 11 -

2.1.1.2     Cấu trúc và ứng dụng của piston hai ống. - 11 -

2.1.1.3     Cấu trúc và ứng dụng của piston tay kẹp. - 12 -

2.1.1.4     Van 5/2 sử dụng một solenoid. - 13 -

2.1.1.5     Cảm biến từ (Cảm biến từ giữ vai trò là công tắc hành trình):. - 13 -

2.1.1         Nguyên lí hoạt động của toàn hệ thống “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”:. - 13 -

2.1.2.1     Mô tải trạng thái của mô hình “Trạm cấp phôi tự động”:. - 13 -

2.1.2.1     Chế độ hoạt động của toàn hệ thống “Trạm cấp phôi tự động”. - 14 -

2.2        Hệ thống nguồn cung cấp cho Kit vi điều khiển,kit PLC và cung cấp cho mô hình. - 16 -

2.2.1         IC LM7805 : IC ổn áp 5V.. - 17 -

2.2.2         IC LM7812 : IC ổn áp 12v. - 18 -

2.2.3         IC 7824:là Ic ổn áp 24v. - 19 -

2.3        Hệ thống kit vi điều khiển sử dụng để điều khiển “Trạm cấp phôi tự động” bao gồm những thành phần cơ bản sau. - 21 -

2.3.1         Tổng quan về vi điều khiển PIC 16F877A.. - 24 -

2.3.1.1     sơ đồ chân của vi điều khiển PIC 16F877A.. - 24 -

2.3.1.2     Một vài thông số về vi điều khiển PIC 16F877A.. - 25 -

2.3.1.3     Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:. - 25 -

2.3.2         Cấu trúc bộ nhớ của vi điều khiển PIC16F877A.. - 27 -

2.3.2.1     Bộ nhớ chương trình: - 27 -

2.3.2.2     Bộ nhớ dữ liệu. - 28 -

2.3.2         Các cổng xuất nhập của PIC16F877A.. - 30 -

2.3.2.1     PORTA (RPA). - 30 -

2.3.2.2     PORTB.. - 30 -

2.3.2.3     PORTC.. - 31 -

2.3.2.4     PORTD.. - 31 -

2.3.2.5     PORTE.. - 32 -

2.3.2.6     ADC.. - 32 -

2.3.3         Các đặc tính của OSCILLATOR.. - 34 -

2.3.4         Các chế độ RESET.. - 35 -

2.3.5         IC ULN 2803. - 37 -

2.3.6         OPTO PC 817. - 39 -

2.3.7         RELAY 8 CHÂN.. - 41 -

2.3.8         Cảm biến quang phân loại màu sản phẩm. - 42 -

2.3.9         ICSP-programmer. - 42 -

Giới thiệu về ICSP-programmer trong hệ thống: Kit vi điều khiển. - 42 -

2.4        .Hệ thống kít PLC sử dụng để điều khiển “Trạm cấp phôi tự động” gồm có KIT PLC của simeins. - 45 -

2.4.1         Giới thiệu thiết bị điều khiển logic khả trình. - 45 -

2.4.2         Vòng quét chương trình. - 46 -

Chương 3        : KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.. - 48 -

3.1        Kết Quả. - 48 -

3.1.1         Những kết quả đạt được. - 48 -

3.1.2         Những mặt hạn chế. - 48 -

3.1.3         Cách khắc phục. - 48 -

Chương 1:  ĐẶT VẤN ĐỀ

1.  Lí do chọn đề tài:

Nhóm chúng em chọn đề tài “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”. Bởi vì trong quá trình tìm hiểu nhóm chúng em nhận thấy đề tài “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG” được ứng dụng rộng rãi và phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp ở Việt Nam. Bên cạnh đó, Đề tài “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG” cũng gần với các nhà máy xí nghiệp của Thế Giới. Nhóm chúng em chọn đề tài này là nhằm rút ngắn thời gian tiếp cận với nền công nghiệp tiên tiến ở Việt Nam nói riêng và nền công nghiệp Thế Giới nói chung. Hơn nữa, Nhóm chúng em chọn đề tài này cũng là giúp cho người học tiếp cận với thiết bị tự động gần với công nghiệp tự động của Việt Nam và của Thế Giới.

1.  Hiện trạng của đề tài “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”:

Đề tài này đã được nghiên cứu trong bài tập lớn tự động hoá của nhóm khoá 07, nhóm khoá 07 nghiên cứu đề tài này ở mức độ sử dụng cảm biến quang nhận phôi và quy trình làm việc của trạm là cho phôi vào máng chứa phôi. Nhóm chúng em chọn đề tài này và phát triển lên như sau: sử dụng cảm biến phân loại màu phôi và qui trình làm việc của trạm là nhận được màu nào thì cho vào máng đó tương ứng với màu phôi.

1.  Những công việc nhóm chúng em làm đề tài “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”:

• Thiết kế và thi công phần cứng mô hình “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”.
• Thiết kế bảng pannel cho mô hình “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”.
• Thiết kế và thi công mạch nguồn.
• Thiết kế và thi công mạch kit vi điều khiển.
• Thiết kế bảng pannel cho kit vi điều khiển.
• Thiết kế và thi công kit PLC.
• Lập trình ccs để điều khiển “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG” bằng kit vi điều khiển.
• Lập trình simatic s7-300 để điều khiển “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG” bằng kit PLC.

1.  Các vấn đề khó khăn cần giải quyết:Trong quá trình thiết kế và thi công thường xảy ra những vấn đề sau:

• Trong quá trình thiết kế và thi công mô hình “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG” thì phần lớn bị lỗi là do cảm biến từ giữ vai trò là công tắc hành trình không hoạt động như mong muốn và dễ bị hư và hỏng trong quá trình chạy thử. Van 5/2 sử dụng 1 solenoid không hoạt động khi cấp khí vào.
• Trong quá trình thiết kế và thi công kit vi điều khiển thì phần lớn bị lỗi là do mạch không nhận điện áp vào nên điện áp ra không có, trường hợp khác nhận điện áp vào nhưng điện áp ra không đúng như mong muốn.
• Trong quá trình thiết kế và thi công mạch nguồn thì phần lớn bị lỗi là do điện áp vào không chuẩn dẫn đến nguồn ra không đúng, trường hợp thiết kế lại thì nguồn ra không hợp lí.

1.  Biện pháp khắc phục cho từng phần trên như sau:

• Trước tiên là mô hình “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”: biện pháp khắc phục cảm biến mua cảm biến và test cảm biến và đảm bảo cảm biến hoạt động được thì mới nhận mua, biện pháp khắc phục cho van 5/2 sử dụng một solenoid là cần lượng khí từ 3kg trở lên thì cung cấp đủ cho van hoạt động.
• Tiếp theo là mạch kit vi điều khiển, mạch này cần được khắc phục như sau: Thiết kế lại và tính toán cho nguồn ra hợp lí .
• Kế tiếp là mạch nguồn cũng thiết kế lại và dùng những con ic giải mã tạo nguồn ổn định.

Chương 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

1. Cấu trúc, ứng dụng Của “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”

1. Trạm cấp phôi tự động có những thành phần cơ bản sau:

Thanh trượt, piston 2 ống, piston tay kẹp, van 5/2 sử dụng một solenoid, cảm biến từ đống vai trò là công tắc hành trình.

Cấu trúc và ứng dụng của thanh trượt.

Ứng dụng của thanh trượt trong hệ thống “trạm cấp phôi tự động” như sau: Thanh trượt được sử dụng để di chuyển vật phôi tịnh tiến nằm ngang theo hai hướng trái và phải bằng cách sử dụng van 5/2 một solenoid để điều khiển.

1.  Cấu trúc và ứng dụng của piston hai ống.

Piston hai ống có cấu tạo đơn giản như sau: thân hình chữ nhật, hai ống trượt, bên trong có hai ống dẫn khí và hai nam châm.

Ứng dụng của van 5/2 một solenoid trong hệ thống “trạm cấp phôi tự động” như sau: Van solenoid 5/2 một cuộn dây được sử dụng để điều khiển thiết bị khí nén, điển hình trong mô hình này thì van 5/2 một solenoid điều khiển thanh trượt, piston hai ống  và tay kẹp.

1.  Cảm biến từ (Cảm biến từ giữ vai trò là công tắc hành trình):

Ứng dụng của cảm biến từ trong hệ thống “Trạm cấp phôi tự động” như sau: Cảm biến từ với vai trò là công tắc hành trình thì được sử dụng để đóng ngắt van điện, cụ thể trong mô hình này thì cảm biến từ sử dụng để đóng ngắt van 5/2 một solenoid.

1. Nguyên lí hoạt động của toàn hệ thống “TRẠM CẤP PHÔI TỰ ĐỘNG”:

1.   Mô tải trạng thái của mô hình “Trạm cấp phôi tự động”:

Giả sử vật phôi có ba loại: loại màu đỏ, loại màu vàng và loại màu xanh lá cây. Máng thứ nhất là máng được thiết để sử dụng làm nơi đặt cảm biến phân loại vật phôi màu và tại đây cũng là nơi chứa vật phôi màu. Máng thứ hai là máng được sử dụng để chứa vật phôi màu đỏ, Máng thứ ba là máng được sử dụng để chứa vật phôi màu vàng, Máng thứ tư là máng được sử dụng để chứa vật phôi màu xanh lá cây. Các chức năng của nút nhấn trên hệ thống trạm cấp phôi tự động như sau: nút nhấn START là nút khi ta nhấn thì hệ thống trạm cấp phôi tự động bắt đầu hoạt động, nút nhấn STOP là nút khi ta nhấn thì hệ thống trạm cấp phôi tự động sẽ dừng lại, trở về vị trí ban đầu và không hoạt động khi nút start chưa được nhấn, nút nhấn RESET là nút nhấn khi ta nhấn thì hệ thống trạm cấp phôi sẽ dừng lại, trở về vị trí ban đầu và thực hiện lại từ đầu.

1.  Chế độ hoạt động của toàn hệ thống “Trạm cấp phôi tự động”.

Trạm cấp phôi tự động có hai chế độ hoạt động đó là chế độ Auto và chế độ Amual.

• Chế độ hoạt động thứ nhất: Điều khiển tự đông (auto)

 Khi ta nhấn nút START toàn bộ hệ thống của “Trạm cấp phôi tự động” sẵn sàng hoạt động. Lúc này, hệ thống trạm cấp phôi chờ cho cảm biến nhận vật phôi màu thì hệ thống sẽ hoạt động tiếp.

Khi ta cho vật phôi màu đỏ vào trong máng thứ nhất là nơi chứa vật phôi. Tại máng thứ nhất, cảm biến màu nhận diện vật phôi là màu đỏ thì hệ thống trạm cấp phôi cho Piston hai ống đi xuống, cảm biến từ (công tắc hành trình) b1 đóng lại và piston  tay kẹp bắt đầu kẹp vật phôi màu đỏ, cảm biến từ (công tắc hành trình) c1 đóng lại và piston hai ống  đi lên, cảm biến từ (công tắc hành trình) b0 đóng lại và thanh trượt bắt đầu cho ben trượt đến vị trí máng thứ hai, cảm biến từ (công tắc hành trình) a1 đóng lại và piston hai ống đi xuống, cảm biến từ (công tắc hành trình) b1 đóng lại và piston tay kẹp nhã ra, cảm biến từ (công tắc hành trình ) c0 đóng lại và piston hai ống đi lên, cảm biến từ (công tắc hành trình ) b0 đóng lại và thanh trượt cho ben trượt quay về vị trí đầu, cảm biến từ (công tắc hành trình ) a0 đóng lại và hệ thống trạm cấp phôi chờ cho vật phôi được đặt vào máng thứ nhất tiếp theo. Tương tự như vậy, khi ta cho vật phôi mày vàng thì hệ thống trạm cấp phôi cho vật phôi vào máng thứ ba, còn lại là vật phôi màu xanh lá cây thì cho vào máng thứ tư.

• Chế độ hoạt động thứ hai: Điều khiển bằng tay (amual)

Khi ta nhấn nút START toàn bộ hệ thống của “Trạm cấp phôi tự động” sẵn sàng hoạt động. Lúc này, hệ thống trạm cấp phôi chờ cho cảm biến nhận vật phôi màu thì hệ thống sẽ hoạt động tiếp.

Khi ta cho vật phôi màu đỏ vào trong máng thứ nhất là nơi chứa vật phôi. Tại máng thứ nhất, cảm biến màu nhận diện vật phôi là màu đỏ thì hệ thống trạm cấp phôi cho Piston hai ống đi xuống, cảm biến từ (công tắc hành trình) b1 đóng lại và piston  tay kẹp bắt đầu kẹp vật phôi màu đỏ, cảm biến từ (công tắc hành trình) c1 đóng lại và piston hai ống  đi lên, cảm biến từ (công tắc hành trình ) b0 đóng lại và thanh trượt bắt đầu cho ben trượt đến vị trí máng thứ hai, cảm biến từ (công tắc hành trình) a1 đóng lại và piston hai ống đi xuống, cảm biến từ (công tắc hành trình) b1 đóng lại và piston tay kẹp nhã ra, cảm biến từ (công tắc hành trình ) c0 đóng lại và piston hai ống đi lên, cảm biến từ (công tắc hành trình ) b0 đóng lại và thanh trượt cho ben trượt quay về vị trí đầu, cảm biến từ (công tắc hành trình ) a0 đóng lại và hệ thống dừng lại và chờ người điều khiển nhấn nút start thì hệ thống mới hoạt động.

1. Hệ thống nguồn cung cấp cho Kit vi điều khiển,kit PLC và cung cấp cho mô hình.
2. .............................

.....................................

1. Một vài thông số về vi điều khiển PIC 16F877A

 Đây là vi điều khiển thuộc họ PIC16Fxxx với tập lệnh gồm 35 lệnh có độ dài 14 bit. Mỗi lệnh đều được thực thi trong một chu kỳ xung clock. Tốc độ hoạt động tối đa cho phép là 20 MHz với một chu kỳ lệnh là 200ns. Bộ nhớ chương trình 8k×14bit, bộ nhớ dữ liệu 368×8 byte RAM và bộ nhớ dữ liệu EEPROM với dung lượng 256×8 byte. Số PORT I/O là 5 với 33 pin I/O.

1.  Các đặc tính ngoại vi bao gồm các khối chức năng sau:

• Timer 0: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số 8 bit.
• Timer 1: bộ đếm 16 bit với bộ chia tần số có thể thực hiện chức năng đếm dựa vào xung clock ngoại vi ngay khi vi điều khiển hoạt động ở chế độ sleep.
• Timer 2: bộ đếm 8 bit với bộ chia tần số, bộ postcaler.
• Hai bộ Capture/so sánh/điều tiết độ rộng xung.
• Các chuẩn giao tiếp nối SSP (Synchronous Serial Port), SPI và I2C.
• Chuẩn giao tiếp nối tiếp USART với 9 bit địa chỉ.
• Cổng song songPSP ( Parallel Slave Port ) với các chân điều khiển RD, WR, CS ở bên ngoài.
• Các đặc tính Analog: 8 kênh chuyển đổi ADC 10 bit. Hai bộ so sánh.
• Bên cạnh đó là một vài đặc tính khác của vi điều khiển như:
• Bộ nhớ flash với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần.
• Bộ nhớ EEPROM với khả năng ghi xóa được 1.000.000 lần. Dữ liệu bộ nhớ EEPROM có thể lưu trữ trên 40 năm. Khả năng tự nạp chương trình với sự điều khiển của phần mềm.
• Nạp được chương trình ngay trên mạch điện ICSP (In Circuit Serial Programming) thông qua 2 chân.
• Watchdog Timer với bộ dao động trong.
• Chức năng bảo mật mã chương trình.
• Chế độ Sleep.
• Có thể hoạt động với nhiều dạng Oscillator khác nhau.
  

  Chương 1: KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

   

   

• Kết Quả
•  Những kết quả đạt được
• Thiết kế được phần cứng cơ khí hoàn chỉnh .
• Thiết kế bảng panel mô hình hoàn chỉnh.
• Thiết kế hoàn chỉnh kit vi điều khiển mô hình trạm cấp phôi tự động.
• Thiết kế hoàn chỉnh bảng panel kit vi điều khiển cho mô hình trạm cấp phôi tự động.
• Thiết kế hoàn chỉnh kit PLC điều khiển mô hình trạm cấp phôi tự động.
• Thiết kế hoàn chỉnh khối nguồn cấp cho kit vi điều khiển ,kit PLC.
• Những mặt hạn chế
• Trong quá trình thiết kế và thi công phần cứng cơ khí trạm cấp phôi tự động thì cảm biến bị hư tiêu tốn nhiều khoảng chi cho cảm biến.
• Trong quá trình thiết kế phần mạch nguồn gặp nhiều lỗi và phải thiết kế lại và tiêu tốn nhiều khoảng chi cho mạch nguồn.
• Trong quá trình thiết kế và thi công kit vi diều khiển thì mạch không ra đúng áp yêu cầu và mạch thiết kế  không chạy làm cho phải thiết kế lại, tốn nhiều chi phí cho khoảng này.
• Cách khắc phục
• Trong quá trình thiết kế phần cứng cơ khí thì cảm biến hư hỏng nên mua lại và kiểm tra chạy ổn định.
• Trong quá trình thiết kế mạch nguồn thì mạch không chạy ổn định nên thiết kế lại mạch nguồn kiểm tra và tính toán mạch chạy ổn định.
•  Trong quá trình thiết kế kit vi điều khiển thì nguồn ra/vào không đáp ứng được nên thiết kế lại và kiểm tra chạy ổn định.
• Hướng phát triển để cải tiến ,nâng cao chất lượng mô hình
• Để nâng cao và cải tiến mô hình thì ta cần có cảm biến phân biệt được nhiều màu, nhiều dây truyền sản xuất, tăng khâu để truyền tiếp cho mô hình.
• Ngoài ra ta có thể giao tiếp  LCD với PIC và cảm biến để đọc giá trị của vật …

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. PGS.Nguyễn Ngọc Phương, hệ thống điều khiển bằng khí nén,nhà xuất bản giáo dục, 1998.
2. Trần Thế San-Châu Ngọc Thạch, Tự thiết kế và lắp ráp mạch điện, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
3. Không tác gia, Hitech, tài liệu tự học PIC 16F877A, Trường đại học và kỹ thuật Hitech, năm 2010.

  Tài liệu tham khảo trên trang web.....................................