đề tài Thiết kế và thi công mô hình chiết rót nước và đóng nắp chai tự động bằng PLC-S7-1200

đề tài “ Thiết kế và thi công mô hình chiết rót nước và đóng nắp chai tự động bằng PLC-S7-1200, tiểu luận đề tài “ Thiết kế và thi công mô hình chiết rót nước và đóng nắp chai tự động bằng PLC-S7-1200, nghiên cứu đề tài “ Thiết kế và thi công mô hình chiết rót nước và đóng nắp chai tự động bằng PLC-S7-1200 Ngày nay với sự phát triển của ngành tự động hóa ngày càng cao, các nhà máy hầu hết đều áp dụng những tiến bộ khoa học tân tiến nhất để cho ra những sảm phẩm chất lượng cao mà giá thành phù hợp với người tiêu dùng. Mặt khác, để đảm bảo tính chính xác cao hơn trong sản xuất và tiết kiệm chi phí nhân công các nhà máy sản xuất bắt buộc phải sử dụng đến máy móc thiết bị tự động để có thể đáp ứng tính cạnh tranh khốc liệt trên thị trường. Trong thực tế, việc sản xuất những sản phẩm được bảo quản trong chai, lọ, lon là rất nhiều, chúng đóng góp một phần sản phẩm rất lớn cho xã hội. ​Với sự đam mê học hỏi cùng những nhu cầu thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà ngày nay. Chính vì vậy nhóm em đã quyết định chọn đề tài “ Thiết kế và thi công mô hình chiết rót nước và đóng nắp chai tự động bằng PLC-S7-1200” để nghiên cứu sâu hơn về quy trình sản xuất tự động hóa.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Ngày với phát triển ngành tự động hóa ngày cao, nhà máy hầu hết áp dụng tiến khoa học tân tiến s ảm phẩm chất lượng cao mà giá thành phù hợp với người tiêu dùng Mặt khác, đ ể đ ảm bảo tính xác cao sản xuất tiết ki ệm chi phí nhân công nhà máy sản xuất bắt buộc phải sử dụng đến máy móc thiết bị tự động đ ể có th ể đáp ứng tính cạnh tranh khốc liệt thị trường Trong thực tế, việc sản xuất sản phẩm bảo quản chai, lọ, lon nhi ều, chúng đóng góp m ột ph ần sản phẩm lớn cho xã hội Với đam mê học hỏi nhu cầu thực tế cấp thi ết n ền công nghiệp nước nhà ngày Chính nhóm em định ch ọn đ ề tài “ Thiết kế thi cơng mơ hình chiết rót nước đóng n ắp chai t ự đ ộng b ằng PLC-S71200” để nghiên cứu sâu quy trình sản xuất tự động hóa 1.2 Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục đích: Nghiên cứu, thiết kế thi cơng mơ hình chiết rót nước đóng nắp chai tự động PLC-S7-1200 Đối tượng: Mơ hình chiết rót nước đóng nắp chai tự động Phạm vi: Đồ án tốt nghiệp 1.3 Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu nhóm em:  Đọc hiểu phân tích  Thiết kế mơ hình mơ 1.4 Giới hạn đề tài Do hạn chế mặt kinh tế thời gian nên nhóm em thiết kế hai khâu là: chiết rót đóng nắp dây chuyền sản xuất Mặc dù cố gắng khơng thể tránh sai sót v ậy r ất mong đóng góp ý kiến thầy, đ ể đồ án nhóm em đư ợc hoàn thiện CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 2.1 Tổng quan q trình tự động hóa sản xu ất Tự động hóa sản xuất dùng lượng phi sinh v ật (cơ, ện, ện t ) đ ể thực phần hay tồn q trình cơng nghệ mà nhi ều không c ần s ự can thiệp người Tự động hóa q trình liên quan tới vi ệc áp d ụng h ệ thống khí, điện tử, máy tính để hoạt động, điều ển sản xuất Công ngh ệ bao gồm:      Những cơng cụ máy móc tự động Máy móc lắp ráp tự động Người máy công nghiệp Hệ thống vận chuyển điều khiển vật liệu tự động Hệ thống máy tính cho việc soạn thảo kế hoạch, thu thập liệu định để hỗ trợ sản xuất 2.1.1 Phân loại tự động hóa 2.1.1.1 Tự động hóa cứng Đó hệ thống gồm thiết bị chuyên dùng x ếp theo trình t ự cơng nghệ chế tạo sản phẩm Công việc nguyên công thường đơn giản, mối quan hệ nguyên công không gian thời gian phải chặt chẽ Tự động hóa cứng có đặc trưng sau:  Có hiệu sản xuất hàng loạt  Vốn đầu tư ban đầu cao, nhiên bù đắp lại suất cao  Tự động hóa cứng linh hoạt, khơng th ể khó đáp ứng s ự thay đổi sản phẩm 2.1.1.2 Tự động hóa theo chương trình Tự động hóa theo chương trình thực thiết bị có khả thay đổi trình tự cơng việc theo chương trình lập trình sẵn Mỗi m ột s ản phẩm yêu cầu lập lại chương trình Tự động hóa theo chương trình có đặc điểm :  Chi phí đầu tư tương đối cao  Linh hoạt dễ thích ứng với thay đổi sản phẩm  Sự dụng có hiệu sản xuất đơn chiếc, hàng loạt 2.1.1.3 Tự động hóa linh hoạt Đây dạng tự động hóa tiên tiến phát tri ển ti ếp Có yếu tố để phân biệt tự động hóa linh hoạt với tự động hóa lập trình:  Có thể thay đổi chương trình mà khơng dừng q trình sản xuất  Có thể thay đổi trang bị gá kẹp mà không cần dừng chương trình sản xuất Nhờ tự động hóa linh hoạt dễ dàng thích ứng với nhi ều đối tượng sản xu ất v ới quy trình cơng nghệ, số lượng, tiến độ khác Hình 2.1 So sánh mức độ phạm vi ứng dụng dạng tự động hóa 2.1.2 Sự cần thiết tự động hóa Với nhu cầu phát triển ngày cao người, công ty, nhà máy s ản xuất đời nhiều Chính ngành tự động hóa tr lên c ần thi ết phát triển lợi ích mà mang lại:  Nâng cao suất Tự động hóa q trình sản xuất hứa hẹn việc nâng cao su ất lao đ ộng Điều có nghĩa tổng sản phẩm đầu đạt suất cao so v ới ho ạt đ ộng tay tương ứng  Chi phí nhân cơng Xu hướng xã hội cơng nghiệp giới chi phí cho cơng nhân khơng ngừng tăng lên Kết đầu tư cao lên thiết bị tự động hoá trở nên kinh tế để thay đổi chân tay Chi phí cao lao động ép nhà lãnh đạo doanh nghiệp thay người máy móc Bởi máy móc sản xuất mức cao, việc sử dụng tự động hoá làm cho chi phí đơn vị sản phẩm thấp  Sự an tồn Bằng việc tự động hố hoạt động chuyển người vận hành máy từ vị trí tham gia tích cực sang vai trị đốc cơng, cơng việc trở nên an tồn Sự an tồn thoải mái cơng nhân trở thành mục tiêu quốc gia với ban hành đạo luật sức khoẻ an toàn nghề nghiệp (1970)  Nâng cao chất lượng sản phẩm Các hoạt động tự động hố khơng sản xuất với tốc độ nhanh h ơn so v ới làm tay mà sản xuất với đồng cao h ơn s ự xác đ ối v ới tiêu chuẩn chất lượng  Rút ngắn thời gian sản xuất Tự động hoá cho phép nhà sản xuất rút ngắn th ời gian gi ữa vi ệc đ ặt hàng c khách hàng thời gian giao sản phẩm Điều tạo cho người có ưu th ế c ạnh tranh việc tăng cường dịch vụ khách hàng tốt  Giảm bớt phôi liệu sản xuất Lượng hàng tồn kho sản xuất tạo chi phí đáng k ể cho nhà s ản xuất giữ chặt vốn lại Hàng tồn kho sản xuất khơng có giá tr ị Nó khơng đóng vai trị ngun vật liệu hay sản phẩm Tương tự nh nhà s ản xu ất có lợi giảm tối thi ểu lượng phơi tồn đọng s ản xuất T ự đ ộng hố có xu hướng thực mục đích việc rút ngắn thời gian gia cơng tồn b ộ s ản phẩm phân xưởng  Tự động hóa mang lại hiệu nhanh, suất chất lượng ổn định Đầu tư vào dây chuyền tự động hóa mang lại hiệu nhanh so với việc đầu tư đào tạo người Đồng thời suất, chất lượng sản phẩm ổn định 2.2 Nhu cầu sử dụng sản phẩm nước uống đóng chai, hộp đóng nắp Xã hội ngày phát triển đời sống người dân ngày nâng cao Do đó, nhu cầu ăn uống người dân nâng cao Chính mà năm gần o loại nước đóng chai (như cocacola, pepsi, trà xanh O , nước ép trái đóng chai ) phục vụ cho người dân đa dạng bán rộng khắp nước tạo điều kiện thuận lợi cho người tiêu dung việc chọn lựa, đa dạng mẫu mã lẫn chất lượng Thời gian gần ta nhận thấy sản phẩm nước uống giải khát tập đồn lớn Coca hay Pepsi khơng cịn chiếm thị phần lớn thị trường Việt Nam, thay vào loại nước uống giải khát có giá trị dinh dưỡng : loại nước trái ép, trà thảo dược,… Hình 2.2 Sản phẩm nước ép trái đóng chai Nếu trước loại nước có mặt cửa hàng lớn, siêu thị có mặt nơi từ tiệm bách hoá, cửa hàng bán lẻ nhỏ, quán nước ven đường hay nói cần vài ba bước mua Từ đó, thấy mức độ phổ biến sản phẩm nước Nước ta có khoảng 90 triệu người cần tính người sử dụng chai nước, số chai nước cần sản xuất lên tới 90 triệu chai nhu cầu sử dụng lớn Chính thế, nhiều sở, nhiều xí nghiệp, cơng ty sản xuất nước thành lập, nhu cầu tất yếu Ngoài loại nước uống, phải kể đến phát triển sản phẩm chai đóng nắp nay: Như sản phẩm dầu mỡ bôi trơn, nước mắm, Do thấy nhu cầu sản xuất sản phẩm hộp đóng nắp cao 2.3 Thực trạng sản xuất công ty Việt Nam Cùng với phát triển sản phẩm nước đóng chai,…ta thấy việc chuyển đổi sử dụng chai chứa cho sản phẩm, loại chai nhựa thay cho loại chai thủy tinh tiện dụng chai nhựa Do làm thay đổi cơng nghệ chiết rót đóng nắp chai, chai thủy tinh nắp thường đóng chặt vào cịn chai nhựa thường xốy Với nhu cầu sản lượng lớn cơng việc sản xuất chiết rót, đóng nắp chai tay khơng hiệu Đặt yêu cầu đưa hệ thống dây chuyền tự động chiết rót đóng nắp chai tự động vào sản xuất Trên thị trường Việt Nam có hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động ứng dụng nhiều lĩnh vực sản xuất khác hầu hết dây chuyền nhập từ nước ngoài, giá thành cao gặp nhiều khó khan q trình vận hành, sửa chữa Một số dây chuyền chiết rót đóng nắp chai thị trường : Hình 2.3 Dây chuyền sản xuất nước uống đóng chai Hình 2.4 Dây chuyền sản xuất nước mắm Hình 2.5 Dây chuyền sản xuất nước trà xanh Oo CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ PLC SIEMENS S7 - 1200 3.1 Thông tin PLC S7 – 1200 3.1.1 Lịch sử phát triển PLC SIEMENS S7-1200 đời năm 2009 dùng để thay dần cho S7-200 So với S7-200 S71200 có tính trội S7-1200 thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, tập lệnh mạnh giúp giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 S7-1200 cung cấp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP Các thành PLC S7 – 1200 bao gồm:  điều khiển nhỏ gọn với phân loại phiên khác giống điều khiển AC DC phạm vi mở rộng  mạch tương tự số mở rộng điều khiển module trực tiếp CPU làm giảm chi     phí sản phẩm 13 module tín hiệu số tương tự khác module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp qua kết nối PTP Bổ sung công Erthernet Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230VAC điện áp 24 VDC 3.1.2 Ứng dụng Ứng dụng công nghiệp dân dụng như:        Hệ thống băng tải Điều khiển đèn chiếu sáng Điều khiển bơm cao áp Máy đóng gói Máy in Máy dệt Máy trộn, vv… S1 1 1 1 0 Bảng 5.1 Thiết lập dòng tải Bướ c S2 S3 1:1 0 1:2 1:8 1 1:1 Bảng 5.2 Thiết lập vi bước Hình 5.7 Sơ đồ kết nối dây Driver TB6560 với động bước Khối tín hiệu điều khiển cảu TB6560 gồm chân: EN-, EN+, CW-, CW+, CLK-, CLK + EN-, EN+: Tín hiệu cho phép/ không cho phép Driver hoạt động CW-, CW+: Tín hiệu điều khiển chiều quay động CLK-, CLK + : Tín hiệu xung điều khiển bước quay động Với thiết kế chân điều khiển chức năng, TB6560 cho phép người dùng tùy chọn tín hiệu điều khiển mức hay mức Trong đồ án chúng em chọn điều khiển mức Tức chân EN-, CW-, CLK- nối chung nối với chân GND Tín hiệu điều khiển từ PLC đưa vào chân + Với TB650 cấp xung vào chân CLK+ xung động bước quay bước Tuy nhiên lưu ý xung điều khiển mức 5V ta nối trực tiếp vào chân CLK+, xung điều khiển mức 12V phải nối qua điện trở 1k, cịn xung điều khiển mức 24V nối qua điện trở 2k7 5.1.3 Động DC 24V Hình 5.8 Động DC 24V có hộp số giảm tốc Thơng số kỹ thuật: Nguồn: 24VDC Tốc độ :220vịng/phút Cơng suất :15w Momen xoắn cực đại :2.0N.m Khối lượng :250g Đường kính trục: 6mm Hệ số giảm tốc :20:1 Nhơng thép 5.1.4 Xy lanh khí nén van khí nén 5/2 5.1.4.1 Xy lanh khí nén Trong mơ hình chúng em sử dụng xy lanh khí nén cho cụm chi tiết đóng nắp, xy lanh cho nâng hạ phần chi tiết xoáy nắp xy lanh làm nhiệm cụ giữ chai Xy lanh chúng em chọn loại xy lanh tác dụng chiều, hành trình 25mm , hãng SMC sản xuất Hình 5.9 Xy lanh khí nén Cấu tạo xy lanh khí nén: Hình 5.10 Cấu tạo xy lanh khí nén tác dụng chiều Piston Đệm kín pittong Trục pittong Dẫn hướng trục 5.Đệm kín trục Vòng chắn 7.Nắp xi lanh Cửa lưu chất Thân xi lanh 10 Buồng trục 11 Buồng pittong 12 Đế xi lanh 13 Cửa lưu chất 5.1.4.2 Van khí nén 5/2 Đi với xy lanh khí nén van đảo chiều 5/2 tác động điện chiều 24VDC R2 R1 Hình 5.11 Van khí nén 5/2 Hình 5.12 Cấu tạo van khí nén 5/2 Cửa (P): Cửa vào nối với nguồn khí nén Cửa (B): Cửa khí nén nối với xy lanh Cửa (R2): Cửa xả khí Cửa (A) : Cửa khí nén nối với xy lanh Cửa (R1): Cửa xả khí Nguyên lý hoạt động van khí nén 5/2 van chưa cấp điện cửa thông với cửa 2, cửa thông với cửa 5, cửa bị chặn lại Khi van cấp điện cửa chuyển qua thông với cửa 4, cửa thông với cửa 3, cửa bị chặn lại Sơ đồ kết nối xy lanh van 5/2 hệ thống: Xy lanh giữ R2 R1 Xy lanh nâng hạ xoáy nắp Van giữ chai Hình 5.13 Sơ đồ kết nối van 5/2 xy lanh Van đóng nắp 5.1.5 Cảm biến quang DS 30C4 Hình 5.14 Cảm biến quang DS 30C4 Thơng số kỹ thuật : Khoảng cách điều chỉnh :0-30cm Điện áp hoạt động : 6-36VDC Output Type: NPN thường mở Môi trường làm việc: -40 đến +70 độ C; Phát đối tượng: Mờ đục Chiều dài dây: mét Dây Nâu: Vdd, Dây xanh: GND, Dây đen: Data 5.2 Sơ đồ hệ thống điện mơ hình 5.2.1 Mạch điện điều khiển PLC S7-1200 ( CPU 1212C DC/DC/DC) 24V 0V Start Stop CB1 Reset CTHT CTHT L+ M L+ M 1M I0.0 I0.1 I0.2 I0 I0 I0 I0 I0 CPU 1212C (DC / DC / DC ) 3L + M Q0 Q0 Q0 CK1 Q0 Q0 Q0 CK2 Relay3 Relay2 Relay4 5.2.2 Mạch điện động lực 24V Relay1 0V 1 CB 1 1 1 1 Relay1 PLCC Driver1 Relay2 1 Relay3 Relay4 Driver2 Mâm Xoay Băng Bơm Tải Nước Van giữ chai Van đóng nắp Động Xoay nắp Đèn báo cố 5.3 Chương trình điều khiển 5.3.1 Lưu đồ chương trình BEGIN RESET START STOP Đúng Đúng Chạy mâm xoay Tẳt chuông báo cố Chạy băng tải Sai CB=1 Sai CTHT1 =1 Đúng Sai CTHT2 =1 Đúng Đúng Delay 1s Delay 500ms Bật chuông báo cố Dừng hệ thống Chạy máy bơm nước Bật van giữ chai Delay 5s Delay 500ms Tắt máy bơm nước Bật van đóng nắp Bật động xoay nắp Đúng Delay 3s Tẳt van giữ chai Tẳt van đóng nắp Tắt động xoay nắp Dừng hệ thống END Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn START động băng tải động mâm xoay hoạt động liên tục, mâm xoay thiết kế theo cấu MAN nên mâm xoay hoạt động theo theo bước ( xoay 300 dừng 10s sau tiếp tục xoay 300 lại dừng, chu kỳ lặp lặp lại đến dừng hệ thống) Chai đặt lên băng tải đưa vào mâm xoay Khi CB tác động sau giây máy bơm nước hoạt động chiết nước vào chai giây sau tắt Khi CTHT tác động, sau 500ms bật van giữ chai, sau 500ms bật van đóng nắp động xoay nắp, sau 3s tắt van giữ chai, van đóng nắp động xoay nắp Khi CTHT tác động bật chuông báo dừng hệ thống Khi nhấn RESET tắt chuông báo, khởi động lại hệ thống từ đầu Khi nhấn STOP toàn hệ thống dừng lại 5.3.2 Chương trình điều khiển CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Tuy thời gian có hạn, hướng dẫn tận tình thầy Nguyễn Thành Đoàn, cố gắng thân chúng em hoàn thành đồ án thời hạn Qua đồ án chúng em thu nhiều kết tích cực:     Tìm hiểu rõ PLC S7-1200 Biết thêm cấu khí cấu MAN Biết cách phát xung điều khiển động bước Nắm bắt kiến thức xy lanh khí nên, loại van khí nén,… Mặc dù mơ hình hồn thành nhiên, mơ hình chắn cịn hạn chế phần cứng phần mềm.Vì vậy, em kính mong nhận góp ý từ Thầy , Cơ bạn để tương lai em hồn thiện sản phẩm củng cố thêm kiến thức cho để góp phần nhỏ bé cho gia đình ,xã hội tổ quốc Hướng phát triển để tài: Thi công hệ thống xắp nắp chai tự động, băng tải ra, hệ thống đóng thùng tự động Một lần em xin cảm ơn tồn Thầy , Cơ , bạn bè gia đình động viên, hướng dẫn em tận tình thời gian qua ! Tài liệu tham khảo: http://bientanvn.info/siemens/plc-siemes/PLC-Siemens-SIMATICS7-1200.html https://www.slideshare.net/xuanthuy1003/lp-trnh-plc-s7-1200-ting-vitchuong-5-tp-lnhlp-trnh Datasheet-TB6560 3Axis Stepper Motor http://www.allelectronics.com/mas_assets/theme/allelectronics/spec/SMC-5.pdf ... nghiên cứu Mục đích: Nghiên cứu, thi? ??t kế thi cơng mơ hình chiết rót nước đóng nắp chai tự động PLC-S7-1200 Đối tượng: Mơ hình chiết rót nước đóng nắp chai tự động Phạm vi: Đồ án tốt nghiệp 1.3... dây chuyền chiết rót nước đóng nắp chai tự động:     Cấp chai: tay Chiết nước tự động Cấp nắp tự động Đóng nắp tự động Dựa yêu cầu đề với việc tham khảo dây chuyền có chúng em đưa kết cấu dây... chuyền tự động chiết rót đóng nắp chai tự động vào sản xuất Trên thị trường Việt Nam có hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động ứng dụng nhiều lĩnh vực sản xuất khác hầu hết dây chuyền nhập từ nước