Thiết kế và thi công mô hình chiết rót nước và đóng nắp chai tự động bằng PLC s7 1200

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Ngà y vớ i phá t triển củ a ngà nh tự độ ng hó a ngà y cà ng cao, cá c nhà má y hầ u hết p dụ ng nhữ ng tiến khoa họ c tâ n tiến nhấ t nhữ ng sả m phẩ m chấ t lượ ng cao mà giá nh phù hợ p vớ i ngườ i tiêu dù ng Mặ t c, để đả m bả o tính xá c cao sả n xuấ t tiết kiệm chi phí nhâ n ng cá c nhà má y sả n xuấ t bắ t buộ c phả i sử dụ ng đến má y mó c thiết bị tự độ ng để đá p ứ ng tính cạ nh tranh khố c liệt thị trườ ng Trong thự c tế, việc sản xuấ t nhữ ng sả n phẩ m đượ c bả o n chai, lọ , lon rấ t nhiều, ng ng gó p mộ t phầ n sả n phẩ m rấ t lớ n cho xã hộ i Vớ i đam mê họ c hỏ i cù ng nhữ ng nhu cầ u thự c tế cấ p thiết củ a cô ng nghiệp nướ c nhà ngà y Chính vậ y nhó m em định chọ n đề tà i “ Thiết kế thi cơng mơ hình chiết rót nước đóng nắp chai tự động PLC-S71200” để nghiên u sâ u quy trình sả n xuấ t tự độ ng hó a 1.2 Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mụ c đích: Nghiên u, thiết kế thi ng mơ hình chiết ró t nướ c ng nắ p chai tự độ ng bằ ng PLC-S7-1200 Đố i tượ ng: Mơ hình chiết ró t nướ c ng nắ p chai tự độ ng Phạ m vi: Đồ n tố t nghiệp 1.3 Phương pháp nghiên cứu Cá c phương phá p nghiên u củ a nhó m em:  Đọ c hiểu phâ n tích  Thiết kế mơ hình mơ phỏ ng 1.4 Giới hạn đề tài Do hạ n chế mặ t kinh tế thờ i gian nên nhó m em thiết kế hai khâ u : chiết ró t ng nắ p dâ y chuyền sả n xuấ t Mặ c dù rấ t cố gắ ng khô ng thể trá nh đượ c sai só t vậ y rấ t mong đượ c ng gó p ý kiến củ a cá c thầ y, cô để đồ n củ a nhó m em đượ c hồ n thiện CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 2.1 Tổng quan trình tự động hóa sản xuất Tự độ ng hó a sản xuấ t dù ng nă ng lượ ng phi sinh vậ t (cơ, điện, điện tử ) để thự c mộ t phầ n hay n q trình ng nghệ mà nhiều khơ ng cầ n can thiệp củ a ngườ i Tự độ ng hó a mộ t trình liên quan tớ i việc p dụ ng cá c hệ thố ng khí, điện tử , má y tính để hoạ t độ ng, điều khiển sả n xuấ t Cô ng nghệ bao gồ m:  Nhữ ng ng cụ má y mó c tự độ ng  Má y mó c lắ p rá p tự độ ng  Ngườ i má y cô ng nghiệp  Hệ thố ng vậ n chuyển điều khiển vậ t liệu tự độ ng  Hệ thố ng má y tính cho việc soạ n thả o kế hoạ ch, thu thậ p liệu định để hỗ trợ sả n xuấ t 2.1.1 Phân loại tự động hóa 2.1.1.1 Tự động hóa cứng Đó hệ thố ng gồ m cá c thiết bị chuyên dù ng đượ c sắ p xếp theo đú ng trình tự ng nghệ chế tạ o sả n phẩ m Cô ng việc mỗ i nguyên cô ng thườ ng rấ t đơn giả n, vậ y mố i quan hệ giữ a cá c nguyên cô ng khô ng gian thờ i gian phả i rấ t chặ t chẽ Tự độ ng hó a ng có nhữ ng đặ c trưng sau:  Có hiệu sả n xuấ t hàng loạ t  Vố n đầ u tư ban đầ u cao, nhiên bù đắ p lạ i nă ng suấ t cao  Tự độ ng hó a ng linh hoạ t, khô ng thể hoặ c khó đá p ứ ng đượ c thay đổ i sả n phẩ m 2.1.1.2 Tự động hóa theo chương trình Tự độ ng hó a theo chương trình đượ c thự c cá c thiết bị có khả nă ng thay đổ i trình tự ng việc theo chương trình đượ c lậ p trình sẵ n Mỗ i mộ t sả n phẩ m mớ i yêu cầ u lậ p lạ i mộ t chương trình mớ i Tự độ ng hó a theo chương trình có nhữ ng đặ c điểm bả n :  Chi phí đầ u tư tương đố i cao  Linh hoạ t dễ thích ứ ng vớ i thay đổ i sả n phẩ m  Sự dụ ng có hiệu sả n xuấ t đơn chiếc, hà ng loạ t 2.1.1.3 Tự động hóa linh hoạt Đâ y ng tự độ ng hó a tiên tiến nhấ t cò n phá t triển tiếp Có yếu tố để phâ n biệt giữ a tự độ ng hó a linh hoạ t vớ i tự độ ng hó a lậ p trình:  Có thể thay đổ i chương trình mà khơ ng dừ ng q trình sả n xuấ t  Có thể thay đổ i trang bị gá kẹp mà khô ng cầ n dừ ng chương trình sả n xuấ t Nhờ tự độ ng hó a linh hoạ t dễ dà ng thích ứ ng vớ i nhiều đố i tượ ng sản xuấ t vớ i quy trình ng nghệ, số lượ ng, tiến độ c Hình 2.1 So sánh mức độ phạm vi ứng dụng dạng tự động hóa 2.1.2 Sự cần thiết tự động hóa Vớ i nhu cầ u phá t triển ngà y cà ng cao củ a ngườ i, cá c cô ng ty, nhà má y sản xuấ t đờ i cà ng nhiều Chính vậ y ngà nh tự độ ng hó a cà ng trở lên cầ n thiết phá t triển bở i nhữ ng lợ i ích mà mang lạ i:  Nâng cao suất Tự độ ng hó a cá c trình sả n xuấ t a hẹn việc nâ ng cao nă ng suấ t lao độ ng Điều có nghĩa tổ ng sả n phẩ m đầ u đạ t nă ng suấ t cao so vớ i hoạ t độ ng bằ ng tay tương ứ ng  Chi phí nhân cơng Xu hướng xã hội công nghiệp giới chi phí cho cơng nhân khơng ngừng tăng lên Kết đầu tư cao lên thiết bị tự động hố 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 hố làm cho chi phí đơn vị sản phẩm thấp  Sự an toàn Bằng việc tự động hoá hoạt động chuyển người vận hành máy từ vị trí tham gia tích cực sang vai trị đốc cơng, cơng việc trở nên an toàn Sự an toàn thoải mái công 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 Cá c hoạ t độ ng tự độ ng hoá khô ng sả n xuấ t vớ i tố c độ nhanh so vớ i m bằ ng tay mà cò n sản xuấ t vớ i đồ ng nhấ t cao xá c đố i vớ i cá c tiêu chuẩ n chấ t lượ ng  Rút ngắn thời gian sản xuất Tự độ ng hoá cho phép nhà sả n xuấ t rú t ngắ n thờ i gian giữ a việc đặ t hà ng củ a ch hà ng thờ i gian giao sả n phẩ m Điều nà y tạ o cho ngườ i có ưu cạ nh tranh việc tă ng cườ ng dịch vụ ch hà ng tố t  Giảm bớt phôi liệu sản xuất Lượ ng hà ng tồ n kho sả n xuấ t tạ o mộ t chi phí đá ng kể cho nhà sả n xuấ t giữ chặ t vố n lạ i Hà ng tồ n kho sả n xuấ t khô ng có giá trị Nó khơ ng ng vai trị nguyên vậ t liệu hay sả n phẩ m Tương tự nhà sả n xuấ t có lợ i giả m tố i thiểu lượ ng phô i tồ n đọ ng sả n xuấ t Tự độ ng hố có xu hướ ng thự c mụ c đích nà y bở i việc rú t ngắ n thờ i gian gia cô ng n sản phẩ m phâ n xưở ng  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 đoàn 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 Ngồi 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 không 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 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… Chuyển mạch điện tử cung cấp điện áp điều khiển cho cuộn dây Stator theo cuộn riêng lẻ, theo nhóm cuộn dây Trị số chiều lực điện từ tổng F phụ thuộc vào vị trí lực điện từ thành phần Do vị trí Rotor động bước khơng gian, hoàn toàn phụ thuộc vào phương pháp cung cấp điện cho cuộn dây Hình 5.5 Mơ tả tương quan trình điện trình động bước Động bước sử dụng đồ án có tên PHB42S40_402 ( NEMA 17 ) Thơng số kỹ thuật: Model PHB42S40_40 Số pha Gó c bướ c 1.8 o Dò n g điện Momen xoắ n Rotor n tính Dâ y dẫ n N.cm N.cm g.cm2 Pin Trọ n g lượ n g kg 40 22 54 0.28 Điện trở Hệ số tự m Mome n xoắ n giữ A Ω mH 1.7 1.5 2.8 5.1.2 Driver điều khiển động bước TB6560 Hình 5.6 Driver TB6560 Thơng số kỹ thuật: Điện áp hoạt động: 10 – 35 VDC Dòng tải tối đa 3A, PEAK 3.5A Tích hợp Opto cách ly 6N137 tốc độ cao giúp cách ly tín hiệu điều khiển với board điều khiển, an toàn chống nhiễu Tích hợp tản nhiệt nhơm lớn tản nhiệt cho TB6560 Thích hợp với loại động bước dây Có cơng tắc để setup dịng tải tối đa 3A Có cơng tắc để setup vi bước 1:1, 1:2, 1:8, 1:16 Có cơng tắc để setup Decay ( lực giữ vị trí cố định) A SW1 SW2 SW3 S1 0 1 0.5 0.8 1.1 1.2 1.4 1.5 1.6 1.9 2.2 2.6 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 Bảng 5.1 Thiết lập dòng tải Bướ c S2 S3 1:1 0 1:2 1:8 1 1:16 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/ khơng 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, 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 Công suất :15w Momen xoắn cực đại :2.0N.m Khối lượng :250g Đường kính trục: 6mm Hệ số giảm tốc là :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 Hình 5.11 Van khí nén 5/2 R2 B A P R1 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 nâng hạ xoáy nắp Xy lanh giữ chai B A R P R B A R P R Van giữ chai Van đóng nắp Van Chía Nguồn Khí Hình 5.13 Sơ đồ kết nối van 5/2 xy lanh 5.1.5 Cảm biến quang DS 30C4 Hình 5.14 Cảm biến quang DS 30C4 Thông 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 1 1212C DC/DC/DC) ( CPU 5.2.1 Mạch điện điều khiển PLC S7-1200 1 24V 0V 1 Start Stop1 Reset 1 CB1 CTHT CTHT 1 1 I0 I0 I0 I0 1 L+ M L+ M 1M I0.0 I0.1 I0.2 1 1 1 CPU 1212C1(DC / DC / DC ) 5.2 Sơ đồ hệ thống điện mơ hình 3L+ 3M I0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Relay1 Relay2 CK1 Relay3 Relay4 CK2 5.2.2 Mạch điện động lực 24V 0V 1 CB 1 1 1 1 Relay1 PLCC Driver1 1 Relay3 Relay2 Relay4 Driver2 Mâm Xoay Băng Tải Bơm 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 Đúng Đúng Chạy mâm xoay Chạy băng tải Sai CB=1 Sai CTHT1 =1 Đúng Tẳt chuông báo cố 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 STOP 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 chng 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 , Cô 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 toàn 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- SIMATIC-S7-1200.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 ... 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... 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 S71 200 có tính trội S7- 1200 thi? ??t kế nhỏ... 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