Luận Văn Thiết kế và chế tạo mô hình đóng nắp chai tự động

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình đóng nắp chai tự động


MỤC LỤC
Trang
Trang bìa phụ
Quyết định làm đồ án
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn
Nhận xét của giáo viên phản biện
MỤC LỤC------------------------------------------------------------------------------------ 1
DANH MỤC CÁC BẢNG ------------------------------------------------------------------ 4
DANH MỤC CÁC HÌNH ------------------------------------------------------------------- 5
LỜI NÓI ĐẦU ------------------------------------------------------------------------------- 8
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNHSẢN XUẤT
VÀ HỆ THỐNG ĐÓNG NẮPCHAI TỰ ĐỘNG------------------------------------ 9
1.1. Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất ---------------------------------------9
1.1.1. Phân loại tự động hóa ----------------------------------------------------------------9
1.1.1.1. Tự động hóa cứng------------------------------------------------------------------9
1.1.1.2. Tự động hóa lập trình -------------------------------------------------------------9
1.1.1.3. Tự động hóa linh hoạt ----------------------------------------------------------- 10
1.1.2. Tự động hóa trong thời đại hiện nay --------------------------------------------- 10
1.1.3. Sự cần thiết của tự động hóa ------------------------------------------------------ 11
1.2. Nhu cầu sử dụng các sản phẩm nước uống đóng chai, hộp đóng nắp --------- 12
1.3. Thực trạng sản xuất của các công ty ở Việt Nam--------------------------------- 13
CHƯƠNG II THIẾTKẾ VÀ TÍNH TOÁN CHẾTẠO MÔ HÌNH HỆ
THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG -------------------------------------------- 17
2.1. Giới thiệuvà nguyên lý hoạt động của hệ thống đóng nắp chai ---------------- 17
2.1.1. Giới thiệu ---------------------------------------------------------------------------- 17
2.1.2. Vật tư chế tạo dây chuyền --------------------------------------------------------- 17
2.1.3. Băng tải ------------------------------------------------------------------------------ 18
2.1.4. Cụm chi tiết cấp nắp --------------------------------------------------------------- 18
2.1.5. Cụm chi tiết giữ chai --------------------------------------------------------------- 19
2.1.6. Cụm chi tiết đóng nắp ------------------------------------------------------------- 20
2.1.7. Nguyên lý hoạt động chung cho dây chuyền ----------------------------------- 21
2.2. Tính toán chế tạo các cụm chi tiết trong dây chuyền ---------------------------- 22
2.2.1. Tính toán thiết kế băng tải -------------------------------------------------------- 22
2.2.1.1. Giới thiệu chung về công dụng và phân loại máy chuyển liên tục -------- 22
2.2.1.2. Chọn loại băng tải --------------------------------------------------------------- 24
2.2.1.3. Chọn cụm chi tiết dẫn động ---------------------------------------------------- 25
2.2.1.4. Thiết kế băng tải ----------------------------------------------------------------- 26
2.2.2. Tính toán cụm xoáy nắp và cụm chi tiết giữ chai ------------------------------ 28
2.2.2.1. Tính toán thiết kế chi tiết mâm xoay trong cụm giữ chai ------------------ 28
2.2.2.2. Tính toán thiết kế cụm chi tiết xoáy nắp -------------------------------------- 28
CHƯƠNG III GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬPTRÌNH SIMATICIC S7-200 ------------------------------------------------------------------------------------------ 42
3.1. Tổng quan về PLC -------------------------------------------------------------------- 42
3.1.1. Cấu trúc phần cứng của CPU -(CENTRAL PROCCESSING UNIT) ----- 42
3.1.2. Cấu trúc phần cứng PLC ---------------------------------------------------------- 43
3.1.2.1. Bộ xử lý trung tâm (CPU-CENTRAL PROCCESSING UNIT) --------- 45
3.1.2.2. Bộ nhớ và bộ phận khác -------------------------------------------------------- 45
3.1.2.3. Khối vào ra ----------------------------------------------------------------------- 46
3.1.2.4. Thiết bị lập trình ----------------------------------------------------------------- 46
3.1.3. Khái niệm về lập trình PLC ------------------------------------------------------- 47
3.1.3.1. Giải thích chương trình LADDER -------------------------------------------- 47
3.1.3.2. Ngõ vào và ngõ ra --------------------------------------------------------------- 47
3.1.3.3. Thanh ghi (register)-------------------------------------------------------------- 48
3.1.3.4. Bộ đếm (counter) ---------------------------------------------------------------- 48
3.1.3.5. Bộ định thời gian (timer) ------------------------------------------------------- 49
3.2. Giới thiệu bộ điều khiển lập trình S7-200 ----------------------------------------- 50
3.2.1. Cấu trúc phần cứng----------------------------------------------------------------- 50
3.2.1.1. Đặc điểm chung ------------------------------------------------------------------ 50
3.2.1.2. Các đèn trạng thái---------------------------------------------------------------- 52
3.2.1.3. Ngõ vào --------------------------------------------------------------------------- 53
3.2.1.4. Ngõ ra ----------------------------------------------------------------------------- 53
3.2.1.5. Nguồn cung cấp ------------------------------------------------------------------ 53
3.2.1.6. Cổng truyền thông nối tiếp ----------------------------------------------------- 54
3.2.1.7. Công tắc chọn chế độ làm việc ------------------------------------------------ 55
3.2.1.8. Giao tiếp với thiết bị ngoại vi -------------------------------------------------- 55
3.2.2. Cấu trúc bộ nhớ S7-200 ----------------------------------------------------------- 55
3.2.2.1. Phân chia bộ nhớ ----------------------------------------------------------------- 55
3.2.2.2. Vùng nhớ dữ liệu ---------------------------------------------------------------- 56
3.2.2.3. Vùng đối tượng ------------------------------------------------------------------ 58
3.2.2.4. Mở rộng cổng vào ra ------------------------------------------------------------ 59
3.2.2.5. Phương thức truy cập bộ nhớ -------------------------------------------------- 60
3.2.3. Cấu trúc chương trình của S7-200 ----------------------------------------------- 62
3.2.4. Nguyên lý hoạt động --------------------------------------------------------------- 63
3.2.5. Ngôn ngữ lập trình ----------------------------------------------------------------- 64
3.2.5.1. Phương pháp LADDER --------------------------------------------------------- 65
3.2.5.2. Phương pháp hình khối FBD --------------------------------------------------- 66
3.2.5.3. Phương pháp liệt kê STL ------------------------------------------------------- 66
CHƯƠNG IV HỆ THỐNG VÀ CHƯƠNG TRÌNHĐIỀU KHIỂN -------- 68
4.1. Các phần tử điều khiển điều chỉnh ------------------------------------------------- 68
4.1.1. Van điều khiển ---------------------------------------------------------------------- 68
4.1.1.1. Van một chiều -------------------------------------------------------------------- 68
4.1.1.2. Van đảo chiều -------------------------------------------------------------------- 68
4.1.1.3. Sơ đồ điều khiển của van ------------------------------------------------------ 74
4.1.2. Phần tử đưa tín hiệu ---------------------------------------------------------------- 74
4.1.2.1. Nút nhấn -------------------------------------------------------------------------- 75
4.1.2.2. Công tắc --------------------------------------------------------------------------- 75
4.1.2.3. Giới hạn hành trình ------------------------------------------------------------- 76
4.1.2.4. Cảm biến -------------------------------------------------------------------------- 76
4.2. Sơ đồ điện động của hệ thống điện trong dây chuyền --------------------------- 79
4.3. Chương trình điều khiển ------------------------------------------------------------- 80
4.3.1. Lưu đồ thuật toán của chương trình---------------------------------------------- 80
4.3.2. Chương trình điều khiển----------------------------------------------------------- 82
KẾT LUẬN ------------------------------------------------------------------------------- 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO -------------------------------------------------------------- 89


DANH MỤC CÁC BẢNG
1. Bảng 1: Thông số của các PLC s7 200 -22x.
2. Bảng 2: Phân chia và toán hạng vùng dữ liệu.
3. Bảng 3: Toán hạng và phân chia vùng đối tượng.
4. Bảng 4: Các modulemở rộng của CPU 224.
5. Bảng 5: Định nghĩa sắp xếp.


DANH MỤC CÁC HÌNH
1. Hình 1.2: Sản phẩm nước ép trái cây đóng chai.
2. Hình 1.3a: Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai dầu bôi trơn.
3. Hình 1.3b: Dây chuyền đóng nắp chai nước mắm.
4. Hình 1.3c: Dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai sữa.
5. Hình 1.3d: Dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai thuốc trừ sâu.
6. Hình 1.3e: Mô hình đóng nắp chai tự động.
7. Hình 2.1: Dây chuyền đóng nắp chai tự động.
8. Hình 2.1.3: Băng tải.
9. Hình 2.1.5a : Chi tiết mâm xoay.
10. Hình 2.1.5b: Chi tiết xilanh và cánh tay kẹp.
11. Hình 2.1.6: Chi tiết cụm xoáy nắp.
12. Hình 2.1.7: Sơ đồ khối các cụm chi tiết của dây chuyền.
13. Hình 2.2.1.1 : Cấu tạo chung của băng tải.
14. Hình 2.2.1.2a: Băng tải đai.
15. Hình 2.2.1.2b: Băng tải đai trong dây chuyền sản xuất.
16. Hình 2.2.1.2c: Băng tải con lăn.
17. Hình 2.2.1.2d: Băng tải.
18. Hình 2.2.1.3a: Động cơ bước.
19. Hình 2.2.1.3b: Động cơ servo.
20. Hình 2.2.1.3.c: Động cơ 1 chiều.
21. Hình 2.2.1.4a: Băng tải.
22. Hình 2.2.1.4b: Bản vẽ chi tiết của rulô.
23. Hình 2.2.2.2a: Lực tác động lên xilanh tác dụng đơn.
24. Hình 2.2.2.2b: Kí hiệu xi lanh tác dụng đơn.
25. Hình 2.2.2.2c: Xilanh màng.
26. Hình 2.2.2.2d: Xilanh tác dụng hai chiều.
27. Hình 2.2.2.2e: Xilanh tác dụng hai chiều không có giảm chấn.
28. Hình 2.2.2.2f: Các loại kết cấu đồ gá lắp thêm với xilanh tác dụng 2 chiều.

29. Hình 2.2.2.2g: Xilanh tác dụng hai chiều có cụm chi tiết giảm chấn.
điều chỉnh được ở cuối khoảng chạy.
30. Hình 2.2.2.2h: Sơ đồ lực.
31. Hình 2.2.2.2i: Xilanh nhiều vị trí.
32. Hình 2.2.2.2j: Xilanh với pittông rỗng và khả năng ứng dụng.
33. Hình 2.2.2.2k: Phần tử đệmkín xilanh.
34. Hình 2.2.2.2l: Xilanh.
35. Hình 2.2.2.2m:Xi lanh tác dụng 2 chiều.
36. Hình 3.1.2: Sơ đồ cấu trúc bên trong PLC.
37. Hình 3.2.1.1: Hình dạng và cấu trúc bên ngoài của PLC s7 200 -224.
38. Hình 3.2.1.6: Chuyển đổi RS232 sang RS485.
39. Hình 3.2.2.5a: Truy cập theo bit.
40. Hình 3.2.2.5b: Truy cập theo Byte.
41. Hình 3.2.2.5c: Truy cập theo word.
42. Hình 3.2.2.5c: Truy cập theo Double word.
43. Hình 3.2.4: Chương trình thực hiện theo vòng quét (Scan) trong S7 200.
44. Hình 3.2.5.1 -Ví dụ về ngôn ngữ LAD.
45. Hình 3.2.5.2: Ví dụ về ngôn ngữ FBD.
46. Hình 3.2.5.3: Ví dụ về ngôn ngữ STL.
47. Hình 4.1.1.1: Van một chiều.
48. Hình 4.1.1.2a: Các thành phần van chỉnh hướng.
49. Hình 4.1.1.2b: Kí hiệu van đảo chiều.
50. Hình 4.1.1.2c: Van 2/2.
51. Hình 4.1.1.2d: Van đảo chiều 3/2.
52. Hình 4.1.1.2e: Van đảo chiều 4/2.
53. Hình 4.1.1.2f: Van đảo chiều 5/2.
54. Hình 4.1.1.2i: Van đảo chiều 4/3.
55. Hình 4.1.1.3: Sơ đồ điều khiển của các Van 5/2 trong hệ thống.
56. Hình 4.1.2.1a: Tín hiệu điện (NO,NC).
57. Hình 4.1.2.1b: Tín hiệu khí (NC).

58. Hình 4.1.2.1c: Tín hiệu điện (NO).
59. Hình 4.1.2.2: Công tắc.
60. Hình 4.1.2.3a: Giới hạn hành trình điện.
61. Hình 4.1.2.3b: Giới hạn hành trình khí.
62. Hình 4.1.2.4a: Cảm ứng từ trường trên pittong.
63. Hình 4.1.2.4b: Xác định hành trình bằng cảm biến từ trường.
64. Hình 4.1.2.4c: Cảm biến tia rẽ nhánh.
65. Hình 4.1.2.4d: Cảm biến tia phản hồi.
66. Hình 4.1.2.4e: Cảm biến quang.
67. Hình 4.2: Sơ đồ điện động của mô hình.
68. Hình 4.3.1: Lưu đồ thuật toán.
69. Hình 4.3.2: Symbole table.


LỜI NÓI ĐẦU
-----------  -----------Trong công cuộc công nghiệp hóa -hiện đại hóa đất nước, cơ khí nói chung
đóng một vai trò rất quan trọng. Nhưng ngày nay với sự phát triển vượt bậc của công
nghệ, cơ khí truyền thống không thể mang lại hiệu quả cao trong nền kinh thế thị
trường. Chính vì vậy xuất hiện một xu hướng mới trong công nghệ, đó là sự kết hợp
giữa cơ khí, công nghệ thông tin và điện tử để hình thành một lĩnh vực mới - Lĩnh vực
cơ khí tự động hóa. Trên thế giới,cơ khí tự động hóa đã xuất hiện khá lâu đời và phát
triển rất mạnh nhưng tại Việt Nam đây là lĩnh vực mới và đang trong quátrình hình
thành và phát triển. Một trong những sản phẩm của Cơ điện tử -Tự động hóa là dây
chuyền hệ thống đóng nắp chai tự động. Bên cạnh đó nhu cầu sử dụng nước uống đóng
chai cũng như các sản phẩm đóng gói ngày càng tăng. Nắm bắt được tầm quan trọng
của hệ thống, nhóm thực hiện nghiên cứu" Thiết kế và chế tạo mô hình đóng nắp
chai tự động ". Trong khi thực hiện đồ án, chúng em đã phân chia nhiệm vụ cho từng
thành viên trong nhóm để cố gắng hoàn thành nhiệm vụ đã được giao:


CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH
SẢN XUẤT VÀ HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG
1.1. Tổng quan về tự động hóa quá trình sản xuất
Là dùng năng lượng phi sinh vật (cơ,điện, điện tử .) để thực hiện một phần hay
toàn bộ quá trình công nghệ mà ít nhiều không cần sự can thiệp của con người.
Tự động hóa là một quá trình liên quan tới việc áp dụng các hệ thống cơ khí,
điện tử, máy tính để hoạt động, điều khiển sản xuất. Công nghệ này bao gồm:
 Những công cụ máy móc tự động.
 Máy móc lắp ráp tự động.
 Người máy công nghiệp.
 Hệ thống vận chuyển và điều khiển vật liệu tự động
 Hệ thống máy tính cho việc soạn thảo kế hoạch, thu thập dữ liệu và ra
quyết định để hỗ trợ sản xuất.
1.1.1. Phân loại tự động hóa
1.1.1.1. Tự động hóa cứng
Là một hệ thống trong đó một chuỗi các hoạt động (xử lý hay lắp ráp) cố định
trên một cấu hình thiết bị. Các nguyên công này trong dây chuyền thường đơn giản.
Chính sự hợp nhất và phối hợp các nguyên công như vậy vào một thiết bị làm cho hệ
thống trở nên phức tạp. Những đặc trưng chính của tự động hóa cứng:
 Đầu tư ban đầu cao cho những thiết kế theo đơn đặt hàng.
 Năng suất máy cao.
 Tương đối không linh hoạt trong việc thay đổi các thích nghi trong thay
đổi sản phẩm.
1.1.1.2. Tự động hóa lập trình
Thiết bị sản xuất được thiết kế với khả năng có thể thay đổi trình tự các nguyên
công để thích ứng với những cấu hình sản phẩm khác nhau.
Chuỗi hoạt động có thể được điểu khiển bởi một chương trình, tức là một tập
lệnh được mã hóa để hệ thống đọc và diễn dịch chúng.
Những chương trình mới có thể đươc chuẩn bị và nhập vào thiết bị để tạo ra sản
phẩm mới. Một vài đặc trưng của tự động hóa lập trình:
 Đầu tư cao cho những thiết bị có mục đích tổng quát.
 Năng suất tương đối thấp so với tự động hóa cứng.
 Sự linh hoạt khi có sự thay đổi cấu hình trong sản phẩm mới.
 Thích hợp nhất cho sản xuất hàng loạt.
Tự động hóa linh hoạt là sựmở rộng của tự động hóa lập trình được. Khái niệm
của tự động hóa linh hoạt đã được phát triển trong khoảng 25 đến 30 năm vừa quá và
những nguyên lý vẫn còn đang phát triển.
1.1.1.3. Tự động hóa linh hoạt
Làhệ thống tự động hóa có khả năng sản xuất ra nhiều sản phẩm khác nhau mà
hầu như không mất thời gian cho việc chuyển đổi từ sản phẩm này sang sản phẩm
khác. Không mất thời gian cho sản xuất hay cho lập trình lại và thay thế các cài đặt vật
lý(công cụ đồ gá, máy móc). Hiệu quả là hệ thống có thể lên kế hoạch kết hợp sản xuất
khác nhau thay vì theo từng loại riêng biệt. Đặc trưng của tự động hóa linh hoạt có thể
tóm tắt sau:
 Đầu tư cao cho thiết bị.
 Sản xuất liên tục những sản phẩm hỗn hợp khác nhau.
 Tấc độ sản xuất trung bình.
 Tính linh hoạt khi sản phẩm thay đổi thiết kế.
1.1.2. Tự động hóa trong thời đại hiện nay
Ngày nay nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã có nhiều đường dây tự động phân
xưởng tự động và cả nhà máy tự động gia công các sản phẩm hàng loạt lớn, hàng khối
như vòng bi,pittông
Để áp dụng tự động hóa vào sản xuất hàng loạt nhỏ và sản xuất đơn chiếc khi
mà số lượng chi tiết trong loạt ít mà chủng loại nhiều, người ta dùng máy điều khiển
theo chương trình số. Máy này cho phép điều chỉnh máy nhanh khi chuyển sang gia
công loạt chi tiết khác. Bước phát triển tiếp theo là sự xuất hiện của trung tâm gia công
mà đặc điểm của nó là có ổ trữ dụng cụ để thay thế theo trình tự gia công.
Những năm gần đây trên thế giới đặc biệt là các nước tư bản có khuynh hướng
mạnh hệ thống sản xuất linh hoạt. Ưu điểm nổi bật của nó là hệ số sử dụng thiết bị cao
(85%) năng suất cao và tính linh hoạt rất cao. Nó được áp dụng rộng rãi trong các
ngành công nghiệp máy công cụ, máy ô tô, máy kéo và công nghiệp hàng không .
Trong hệ thống sản xuất linh hoạt có thể áp dụng tự động hóa toàn bộ quá trình sản
xuất từ công đoạn thiết kế tự động chi tiết, tự động thiết kế quy trình công nghệ, thiết
kế tự động chương trình gia công, tự động điều khiển quá trình sản xuất, tự động kiểm
tra chất lượng sản phẩm . Đây là hình thức tự động hóa tiến bộ nhất đưa lại hiệu quả
kinh tế lớn.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
 Các bộ cảm biến kỹ thuật và đo lường điều khiển Lê Văn Doanh
Phạm Thượng Hàn
 Điều khiển khí nén và thủy lực Ths.Lê Văn Tiến
Dũng
 Tự động hóa với simantic S7-200 Dzoãn Minh Phước
Phan Xuân Minh
 Programmable Logic Controllers W.Bolton
 Hướng dẫn thiết kế đồ án chi tiếtmáy PGS. Phạm Hùng Thắng