Đặt vấn đề Hiện nay, khoa học công nghệ đang bùng phát và phát triển một cách mạnh mẽ. Các máy móc và robot tự động đang thay thế con người làm được nhiều việc trong cuộc sống thường ngày và trong công việc. Với việc ứng dụng máy móc tự động vào các ngành công nghiệp đã làm tăng năng suất và hiệu quả công việc lên rất cao điều này làm cho nền kinh tế phát triển nhanh chóng và đời sống con người được cải thiện nhiều hơn.1: Xe tự hành AGV trong sản xuất Mô hình xe tự hành (AGV) được phát triển lần đầu vào năm 1954 do A.Barret, Jr, ông đã sử dụng hệ thống dây dẫn trên trần nhà để điều khiển các các xe nâng hàng hóa trong nhà xưởng. Các phiên bản xe tự hành AGVs thương mại tiếp theo đã được Barret giới thiệu ra công chúng.
Các xe tự hành tiên tiến ngày các được thúc đẩy phát triển nhờ có sự phát triển của cộng nghệ điện tử và công nghệ thông tin Xe tự hành (AGV) được ứng dụng rộng rãi trong hoạt động di chuyển nguyên vật liệu dụng cụ trong quá trình sản xuất. Xe tự hành (AGV) là một trong những phần quan trọng trong hệ thống sản xuất luôn được yêu cầu về sự cải tiến phát triển không ngừng. Với sự phân tích trên ta có thể thấy mô hình xe tự hành (AGV) là một hướng phát triển thiết thực, có yếu tô quan trọng trong các dây truyền sản xuất hiện đại ngày này.2 Ứng dụng Xe tự hành giúp thay thế các phương tiện trong chuỗi cung ứng vật liệu vận hành thủ công như xe nâng tay, xe nâng forklift, xe đẩy tay, xe kéo…Đáp ứng đảm bảo năng suất ngay cả khi thiếu lao động trong công việc này. Cho phép nhân viên được chỉ định lại các khu vực ra vào hàng hóa, nơi họ có thể tăng giá trị cho sản phẩm.
1 Cung cấp giải pháp di chuyển an toàn, hiệu quả, tiết kiệm chi phí với tính năng phát hiện người, vật cản, dừng khẩn cấp. Khả năng tải linh hoạt, hơn hẳn phương pháp vận chuyển truyền thống. Giảm chi phí lao động, nâng cao tính an toàn trong dây truyền sản xuất.3 Lý do chọn đề tài - Tìm hiểu các kiến thức về lập trình PLC. - Tìm hiểu, thực hành kết nối các thiết bị điện.
- Nâng cao khả năng thiết kế và gia công cơ khí. - Xe tự hành (AGV) và lập trình bộ điều khiển PLC có tính thực tiễn cao được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp.4 Mục tiêu của đồ án - Thiết kế hoàn trỉnh hê thống cơ khí cho xe tự hành (AGV) - Hoàn thiện hệ thống điện của xe và chương trình điều khiển quỹ đạo đi của xe. - Cho xe chạy thử trên nhiều quỹ đạo khác nhau.5 Phương pháp thực hiện đồ án - Lên ý tưởng, dựng bản phác thảo 3D cho mô hình xe. - Tiến hành đô đạc thực tế, gia công các thành phần khung xe và vỏ xe.
- Thống kê các linh kiện thiết bị cần thiết, chộn nguồn điện, vẽ sơ đồ mạch điện cho xe. - Tiến hành lắp đặt các thành phần điện cho xe. - Tiến hành lập trình, hiệu chỉ các thông số, tiến hành chậy thử.6 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu chính là chế tạo mô hình xe AGV được điều khiển bằng PLC Misubishi.7 Phạm vi đề tài Do sự giới hạn về mặt thời gian, kiến thức còn hạn chế về kinh tế nên em xin giới hạn phạm vi thực hiện đề tài tập trung nghiên cứu tìm hiểu vào một số vấn đề như sau: - Sử dụng PLC Misubishi để điều khiển tốc độ của 2 động cơ DC. - Thiết kế cơ khí cho xe tự hành (AGV) - Thiết kế hệ thống điện cho xe tự hành (AGV) - Lập trình PLC điều khiển xe hoạt động theo yêu cầu.
- Chạy thực tế sản phẩm và hiệu chỉnh.1 Sơ lược về sự phát triển của xe tự hành (AGV) Năm 1953, Arthur “MAC” Barett chế tạo ra phượng tiện không người lái đầu tiên và đặt tên là “Guide-O-Matic”. Guide-O-Matic sử dụng 1 sợi dây dẫn gắn trên trần nhà để định hướng di chuyển. Sau này xe tự hành được đổi tên thành AGV và người ta công nhận Arthur “MAC” Barett là cha đẻ của chúng. Năm 1954, xe tự hành AGV đầu tiên được sử dụng trong công việc vận chuyển trong nhà kho hàng hóa tại Mỹ.
Xe tự hành AGV đã giúp cho giải phỏng sức lao động, quy chuẩn hóa dây truyền sản xuất. Chính vì thế, xe tự hành AGV đã làm thay đổi cục diện ngành công nghiệp sản xuất. Các công ty đã bắt đầu có những thay đổi trong quy trình sản xuất để phù hợp với việc ứng dụng xe tự hành AGV. Năm 1973, công ty lắp ráp ô tô Volvo của Thụy Điển triển khai ứng dụng hệ thống xe tự hành AGV.
Họ đã sử dụng xe tự hành AGV được điều khiển bằng máy tính để thay thế cho dây truyền lắp ráp truyền thống. Hiện nay, xe tự hành AGV có những bước cải tiến mới: tạm dừng, đảo chiều chuyển động, thay thế dây dẫn hướng bằng sóng vô tuyến, vạch kẻ từ, sử dụng radar để quét đường đi… Hệ thống xe AGV này đã được nhiều công ty sản xuất ứng dụng rộng rãi trong dây truyền của mình. Một số hình ảnh về lịch sử phát triển của xe AGV: Hình 2.1:Mô hình xe tự hành AGV đầu tiền Hình 2.2: Mô hình xe tự hành (AGV) hiện nay 3 2.2 Cơ sở phát triển đề tài Về cơ bản, mô hình xe tự hành (AGV) này dùng để phục vụ cho một hệ thống điều khiển tự động được ứng dụng cho công việc vận chuyện nguyên vật liệu trong nhà máy. Mô hình xe tự hành sẽ được điều khiển hoàn toàn tự động dựa trên chương trình đã được thiết kế.
Sử dụng bộ điều khiển PLC thuận tiện cho việc lắp đặt, bảo trì và tìm lỗi, thuận tiện cho việc nắm bắt chương trình đã được phát triển và thay đổi chương trình một cách thuận tiện hơn so với việc sử dụng vi điều khiển. PLC sẽ điều khiển xe tự hành AGV thông qua việc tương tác với các cảm biến và motor động lực. Phương thức lập trình theo lược đồ Ladder được thiết kế để phù hợp với lộ trình của xe tự hành (AGV) và có thế chỉnh sử dễ dàng nếu có yêu cầu thay đổi lộ trình.3 Tổng quan hệ thống Hình 2.3: Sơ đồ khối chức năng Chức năng của các khối: • Xe tự hành (AGV): Trong qua trình di chuyển làm việc, xe tự hành sẽ liên tục gặp các thay đổi vật lý của môi trường. • Các cảm biến: Tiếp nhận các kích thích vật lý, chuyển đổi thành tín hiệu điện, đưa về bộ điều khiển PLC để phân tích.
• Bộ điều khiển PLC: Tiếp nhận tín hiện từ các cảm biến, từ đó đưa ra các lệnh đầu ra cho hai động cơ. • Hệ thống động cơ: Nguồn cung cấp động lực để xe tự hành AGV di chuyển theo tín hiệu đưa ra từ bộ điều khiển PLC. THIẾT KẾ MÔ HÌNH 3.1 Kết cấu cơ khí Thiết kế phần cơ khí trên Solidwork Thiết kế khung cho xe tự hành AGV có kích thước: 420 x 310 x 100 mm • Được gia công băng thép hộp có thông số 14 x 14 mm Hình 3.1: Phần khung xe • Tấm bẳng điện sử dụng chất liệp Phíp, kích thước 380 x 300 mm Hình 3.2: Bố trí bảng điện bên trong xe và gầm xe • Mô hình thiết kế sơ bộ Hình 3.3: Mô hình thiết kế 3D 5 3.2 Giới thiệu về PLC. Các cơ cấu máy nguyên sơ được điều khiển phần lớn bằng các cơ cấu cơ khí như cam, bánh răng, hộp số….
Các hệ thống máy móc hiện đại ngày càng phức tạp, vậy nên cần một hệ thống điều khiển tiên tiến hơn. Hệ thống điều khiển thông qua role được phát triển, được ứng dụng rộng rãi để điều khiển Logic cho các hệ thống máy. Hệ thống điều khiển này chỉ phù hợp với những hệ thống máy không cần thay đổi hay điều chỉnh chương trình hoạt động. Nhưng, với sự phát triển không ngừng của các ngành công nghiệp, các sản phẩm liên tục được phát triển, thay đổi, cải tiến, đòi hỏi sự phát triển của hệ thống điều khiển.
Lý do cho vấn đề này là do việc sửa chữa và thay thế hệ thống relay vật lý và các công tắc logic rất khó khắn và tốn nhiều thời gian. Vậy nên, dẫn đến sự phát minh ra Programmable Logic Controller (PLC)- Hệ thống lập trình điều khiển logic. Hệ thống lập trình điều khiển logic là một khối thống nhất được thiết kế để đảm nhiệm các vai trò điều khiển logic, các chức năng điều khiển ví dụ như điều khiển tuần tự, bộ đếm thời gian, bộ đếm, các thuật toán được ứng dụng trong điều khiển hệ thống máy móc và các quá trình cái mà trước đây thường được các relay vật lý đảm nhiệm. PLC được vận hành bởi các chỉ dẫn do các nguồn tín hiệu đầu vào của các thiết bị ví dụ như nút bấm, công tắc,cảm biến và các thiết bị khác dùng để phát hiện những điều khiện vận hành của thiết bị, và các thiết bị đầu ra chất hành hiệu lệnh ví dụ như vạn điện từ, van khí nén, động cơ điện, các tín hiệu chỉ dẫn ví dụ như đèn tháp, còi báo, đèn tín hiệu… Sự chuyển hóa tín hiệu ra lệnh cho các thiết bị chấp hành dựa trên các tín hiệu đầu vào được xác định thông qua chương trình được thiết lập trên PLC.
Nhưng thiết bị có công suất nhỏ như van điện từ, đèn báo. có thể được điều khiển trực tiếp thông qua PLC. Tuy nhiên, đối với những thiết bị công suất lớn ví dụ như động cơ 3 pha, van điện từ công suất lớn… thì cần sử dụng relay trung gian. Relay trung gian được cài đặt trên bảng điện cùng với PLC nhằm mục đích an toàn.
PLC đóng một vai trò quan trọng giống như bộ não của một hệ thống điều khiển tự động. • Các thành phần chính của một bộ điều khiển PLC: - Bộ nhớ chương trình: RAM, ROM, ngoài ra có thể sử dụng vùng nhớ ngoài – EPROM - Bộ xử lý trung tâm CPU. - Module input/output. Thông thường module I/O được tích hợp trên PLC, khi có nhu cầu mở rộng I/O có thể lắp module I/O.
- Cổng kết nối PLC và máy tính: RS232, RS422, RS485 thực hiện đổ chương trình và giám sát chương trình. - Cổng truyền thông: PLC thường tích hợp cổng truyền thông Modbus RTU. Tùy hãng và dòng sản phẩm, PLC có thể được tích hợp thêm các chuẩn truyền thông khác như Profibus, Profinet, CANopen, EtherCAT… 6 Hình 3.4 Các thành phần chính của PLC • Các dạng PLC Có 2 dạng PLC cơ bản là Intergated PLC và Modular PLC.