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 ĐặtNgà yvấnnayđềvới phát triể n củ a ngà nh tự độ ng hóa ngà y cà ng cao, nhà máy hầ u hế t đề u áp dụ ng tiế n khoa họ c tâ n tiế n nhấ t sả m phẩ m chấ t lượ ng cao mà giá nh phù hợ p với ngườ i tiê u dù ng Mặ& t khác, để đả m bả o tính xác cao sả n xuấ t tiế t kiệ m chi phí nhâ n ng nhà máy sả n xuấ t bắ)t buộ c phả i sử dụ ng đế n máy móc thiế t bị tự độ ng để đáp ứng tính cạ nh tranh khố c liệ t trê n thị trườ ng Trong thự c tế , việ c sả n xuấ t sả n phẩ m đượ c bả o n chai, lọ , lon rấ t nhiề u, chúng đóng góp mộ t phầ n sả n phẩ m rấ t lớn cho xã hộ i Với đam mê họ c hỏ i cù ng nhu cầ u thự c tế cấ p thiế t củ a nề n cô ng nghiệ p nước nhà ngà y Chính vậ y nhóm em quyế t đị nh chọ n đề tà i “ Thiết kế thiđể nghiê ncơngmơcứuhìnhsâ u hơnchiếtvề rótquynướctrì nhvàsả nđóngxuấ t nắptự độ ngchaihóatự động PLC-S7-1200” 1.2 MụcMụ c đích:, Nghiê nđốitượngcứu, vàthiế tphạmkế vithinghiêncơ ngmơ cứuhì nh chiế t rót nước đóng nắ)p chai tự độ ng bằ/ng PLC-S7-1200 Đố i tượ ng: Mô hì nh chiế t rót nước đóng nắ)p chai tự độ ng Phạ m vi: Đồ án tố t nghiệ p 1.3 PhươngCácphươngphápphápnghiênnghiê ncứucứu củ a nhóm em: Đọ c hiể u phâ n tích  Thiế t kế mơ hì nh mơ phỏ ng  1.4 GiớiDohạ nhạnchế đềvề tàimặ& t kinh tế thờ i gian nê n nhóm em thiế t kế hai khâ u : chiế t rót đóng nắ)p dâ y chuyề n sả n xuấ t Mặ& c dù rấ t cố gắ)ng khô ng thể tránh đượ c sai sót vậ y rấ t mong đượ c đóng góp ý kiế n củ a thầ y, cô để đồ án củ a nhóm em đượ c hồ n thiệ n CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG 2.1 Tổng quan q trình tự động hóa sản xuất Tự độ ng hóa sả n xuấ t dù ng nă&ng lượ ng phi sinh vậ t (cơ, điệ n, điệ n tử ) đ thự c hiệ n mộ t phầ n hay tồ n q trì nh ng nghệ mà nhiề u khơ ng cầ n c thiệ p củ a ngườ i Tự độ ng hóa mộ t q trì nh liê n quan tới việ c áp dụ ng thố ng khí, điệ n tử , máy tính để hoạ t độ ng, điề u khiể n sả n xuấ t Cô ng nghệ nà y b gồ m: Những ng cụ máy móc tự độ ng   Máy móc lắ)p ráp tự độ ng  Ngườ i máy cô ng nghiệ p  Hệ thố ng vậ n chuyể n điề u k Hệ thố ng máy tính cho việ c soạ n th Phâ n loạ i t ự động hóa 2.1.1 2.1.1.1 Tự động hóa cứng đị nh để hỗ=trợ sả n xuấ t Đó hệ thố ng gồ m thiế t bị chuyê n dù ng đượ c sắ)p xế p theo trì nh t ng nghệ chế tạ o sả n phẩ m Cô ng việ c mỗ=i nguyê n cô ng thườ ng rấ t đơn giả n vậ y mố i quan hệ nguyê n cô ng khô ng gian thờ i gian phả i rấ t chặ& t c Tự độ ng hóa cứng có đặ& c trưng sau: Có hiệ u sả n xuấ t hà n   Vố n đầ u tư ba n đầ u ca o, nhiê n bù đắ )p lạ i nă &ng suấ t ca o  Tự độ ng hóa cứng linh hoạ t, khơ ng thể hoặ& c khó đáp ứng đượ c thay đổ i sả n phẩ m 2.1.1Tự.2Tựđộ ngđộnghóahóatheotheochươngchươngtrì nhtrìnhđượ c thự c hiệ n trê n thiế t bị có khả nă&ng thay đổ i trì nh tự ng việ c theo chương trì nh đượ c lậ p trì nh sẵ>n Mỗ=i mộ t sả n phẩ m yê u cầ u lậ p lạ i mộ t chương trì nh  Tự độ ng hóa theo chương trì nh có đặ& c điể m bả n :  Chi phí đầ u tư tương đố i cao  Linh hoạ t dễ=thích ứng với thay Tự độ hóa linh hoạ t 2.1.1.3 Sự dụ ng có hiệ u sả n xuấ t đơn chiế c, hà ng loạ t Đâ y ng tự độ ng hóa tiê n tiế n nhấ t hiệ n cò n phát triể n tiế p Có  yế u tố để phâ n biệ t tự độ ng hóa linh hoạ t với tự độ ng hóa lậ p trì nh:  Có thể thay đổ i chương trì nh mà kh Có thể thay đổ i trang bị gá kẹ p mà khơ ng cầ n dừ ng chương trì nh sả n xuấ t Nhờ tự độ ng hóa linh hoạ t dễ=dà ng thích ứng với nhiề u đố i tượ ng sả n xuấ t với quy trì nh ng nghệ , số lượ ng, tiế n độ khác Hình 2.1 So sánh mức độ phạm vi ứng dụng dạng tự động hóa 2.1.2VớiSự cầnnhu thiếtcầ uphátcủa triể nựđộngà yhóacà ng cao củ a ngườ i, cô ng ty, nhà máy sả n xuấ t đờ i cà ng nhiề u Chính vậ y ngà nh tự độ ng hóa cà ng trở lê n cầ n thiế t phát triể n bở i lợ i ích mà mang lạ i: Tự độ ngNânghóacocácnăngqsuấttrì nh sả n xuấ t hứa hẹ n việ c nâ ng cao nă&ng suấ t lao độ ng Điề u nà y có nghĩa tổ ng sả n phẩ m đầ u đạ t nă&ng suấ t cao so với hoạ t độ ng bằ/ng tay tương ứng  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 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) Các Nânghoạ tđộ ngcaochấttự độ nglượnghốsảnkhơ ngphẩmchỉ sả n xuấ t với tố c độ nhanh so với m bằ/ng tay mà cò n sả n xuấ t với đồ ng nhấ t cao xác đố i với tiê u chuẩ n chấ t lượ ng Tự độ ngRútngắnhoá chotờiphépgian nhà sảnsả nxuấtxuấ t rút ngắ)n thờ i gian việ c đặ& t hà ng củ a khách hà ng thờ i gian giao sả n phẩ m Điề u nà y tạ o cho ngườ i có ưu cạ nh tranh việ c tă&ng cườ ng dị ch vụ khách hà ng tố t Lượ ngGiảmhà ngbớttồ nphôikholiệukhiđangđangsảnsả n xxuấ t tạ o mộ t chi phí đáng kể cho nhà sả n xuấ t giữ chặ& t vố n lạ i Hà ng tồ n kho sả n xuấ t khơ ng có giá trị Nó khơ ng đóng vai trị ngu n vậ t liệ u hay sả n phẩ m Tương tự nhà sả n xuấ t có lợ i giả m tố i thiể u lượ ng phô i tồ n đọ ng sả n xuấ t Tự độ ng hố có xu hướng thự c hiệ n mụ c đích nà y bở i việ c rút ngắ)n thờ i gian gia ng tồ n sả n 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 loại nước đóng chai (như cocacola, pepsi, trà xanh Oo, 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 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, hồn 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 ) Model PHB42S40_40 5.1.2 Driver điều khiển động bước TB6560 Hình 5.6 Driver TB6560 Thông 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 tồn 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 Bảng 5.1 Thiết lập dòng tải Bướ c 1:1 1:2 1:8 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 Thông 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 Nhông 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 5.Đệm kín trục 13 Cửa lưu chất Thân xi lanh 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 B A 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 BA R P R 21 Van Chía Nguồn Khí Hình 5.13 Sơ đồ kết nối van 5/2 xy lanh P 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 5.2 Sơ đồ hệ thống điện mơ hình 1 5.2.1 Mạch điện điều khiển PLC S7-12001 ( CPU1 1212C DC/DC/DC) 24V 0V L+ M 3L+ 3M Relay1 CK1 Relay2 Relay3 Relay4 CK2 5.2.2 Mạch điện động lực 24V 0V CB Relay1 Relay3 Relay2 Relay4 PLCC 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 START RESET STOP Đúng Dừng hệ thống Sai CB=1 Đúng Delay 1s Chạy máy bơm nước Sai CTHT2 =1 Đúng Đúng Delay 500ms Bật van giữ chai Delay 5s Delay 500ms Tắt máy bơm nước Bật van đóng nắp Bật động xoay nắp Delay 3s Tẳt van giữ chai Tẳt van đóng nắp Tắt động xoay nắp Bật chng báo cố 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 30 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- 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