THIẾT kế và CHẾ tạo mô HÌNH hệ THỐNG CHIẾT rót ĐÓNG nắp và IN LOGO sử DỤNG PLC s7 1200

2022 Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT RĨT ĐĨNG NẮP VÀ IN LOGO SỬ DỤNG PLC S7-1200 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐÓNG NẮP VÀ IN LOGO SỬ DỤNG PLC S7-1200 Người hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng Sinh viên thực hiện: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Mã sinh viên: 1811505520258 1811505520133 Lớp: 18TDH2 18TDH1 Đà Nẵng, 06/2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH CHIẾT RĨT ĐĨNG NẮP VÀ IN LOGO SỬ DỤNG PLC S7-1200 Người hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng Sinh viên thực hiện: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Mã sinh viên: 1811505520258 1811505520133 Lớp: 18TDH2 18TDH1 Đà Nẵng, 06/2022 TÓM TẮT Đề tài xây dựng mơ hình chiết rót đóng chai in logo sử dụng PLC S71200 Mơ hình có khâu chức chính, khâu chiết rót dung dịch, đóng vặn nắp cuối in logo thân chai Đề tài có mục tiêu ứng dụng dây chuyền sản xuất nhà máy, làm việc với tần suất cao tái cấu linh hoạt Qua trình chế tạo thi cơng mơ hình cuối nhóm đạt số kết khả quan hệ thống hoạt động tương đối ổn định áp dụng tốt kiến thức học để hồn thành tốt đồ án Hệ thống điều khiển giám sát qua giao diện WinCC thay người Bố cục đồ án gồm chương sau: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ IN LOGO Ở chương tìm hiểu hệ thống sản xuất chiết rót đóng chai in logo tự động, đồng thời đề vấn đề nay, lí nghiên cứu tìm hiểu phương pháp điều khiển tự động nay, tìm hiểu mục đích đưa phương pháp tối ưu đề tài CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ TIA PORTAL Chương có nội dung tìm hiểu lịch sử đời PLC, cấu tạo, ưu nhược điểm PLC giới thiệu dòng PLC S7 – 1200 hãng Siemens giới thiệu phần mềm TIA Portal, cách thiết kế dự án mới, tải truyền dự án xuống PLC CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG Chương có nhiệm vụ trình bày q trình thiết kế thi cơng hệ thống phần mềm thực tế Lựa chọn thiết bị điện cho mơ hình CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG Chương chương giới thiệu chi tiết sơ đồ hệ thống sơ đồ khối, sơ đồ đấu dây mạch động lực điều khiển, giản đồ thời gian, bảng phân công đầu đầu vào hệ thống, lưu đồ thuật toán Thiết kế giới thiệu giao diện giám sát hệ thống TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng Sinh viên thực hiện: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Mã SV: 1811505520258 Mã SV: 1811505520133 Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT RĨT ĐĨNG NẮP VÀ IN LOGO SỬ DỤNG PLC S7-1200 Các số liệu, tài liệu ban đầu: Chế tạo mơ hình có cơng đoạn chiết rót, đóng nắp in Logo Giám sát điều khiển giao diện Nội dung đồ án: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ IN LOGO CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ TIA PORTAL CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHƯƠNG 4: LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN Các sản phẩm dự kiến - Mơ hình chiết rót đóng nắp chai in logo tự động sử dụng PLC S7-1200 - Báo cáo - Chương trình TIA Ngày giao đồ án: 21/2/2022 Ngày nộp đồ án: 30/5/2022 Đà Nẵng, ngày 21 tháng 02 năm 2022 Trưởng Bộ mơn Người hướng dẫn LỜI NĨI ĐẦU Trong phát triển mạnh mẽ kinh tế xã hội đất nước, ngành tự động hóa đóng góp phần khơng nhỏ đáp nhu cầu phát triển đất nước Ngày phát triển tăng dần cách nhanh chóng lĩnh vực, đặc biệt cơng nghiệp địi hỏi nhu cầu tự động hóa sản xuất lớn Các dây chuyền sản xuất tự động không ngừng phát triển mở rộng qui mô phức tạp Hiện nay, việc đưa tự động hóa sản xuất cơng ty, xí nghiệp cơng nghiệp ưu tiên lựa chọn hàng đầu doanh nghiệp Tự động hóa q trình sản xuất giúp hạn chế việc sử dụng nhân công sản xuất mà thay vào hệ thống máy móc tự động đại giúp giảm phụ thuộc người đặt biệt mang lại xác cao, hạn chế rủi ro công việc nguy hiểm sử dụng người Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, việc chế tạo hệ thống sản xuất tự động cần thiết để vận hành với độ tin cậy cao Do thời gian làm đồ án có giới hạn kiến thức chun mơn cịn nhiều hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến cô, thầy bạn khóa để đồ án hồn thiện Chúng em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu, thầy cô Khoa Điện – Điện Tử dành cho nhóm, tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, chúng em xin chân thành cảm ơn tới ThS Phạm Duy Dưởng quan tâm, tận tình giảng dạy truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm vô quý báu để chúng em hoàn thành đồ án Xin chân thành cảm ơn! i CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan báo cáo đồ án tốt nghiệp chúng em thực thời gian qua Các thông tin, số liệu kết nghiên cứu chúng em sử dụng báo cáo đồ án tốt nghiệp trung thực Các liệu luận điểm trích dẫn nguồn thích rõ ràng Chúng em xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước nhà trường, khoa môn cam đoan Sinh viên thực ii MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ viii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ IN LOGO 1.1 Lý chọn đề tài .3 1.2 Tổng quan đề tài 1.3 Nội dung đề tài 1.4 Giới thiệu hệ thống 1.4.1 Giới thiệu 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 1.4.3 Các phương pháp điều khiển hệ thống a Sử dụng vi điều khiển b Sử dụng điều khiển (PLC) c Sử dụng thiết bị điện 1.4.4 Mục tiêu đề tài 1.4.5 Lựa chọn phương pháp 1.4.6 Tính an tồn hệ thống 1.4.7 Tính thân thiện hệ thống 1.5 Mơ hình chức hệ thống 1.5.1 Các thành phần hệ thống 1.5.2 Các khâu chức hệ thống iii a Khâu chiết rót .7 b Khâu đóng nắp c Khâu in logo 1.6 Giới hạn đề tài CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 VÀ TIA PORTAL 2.1 Tổng quan PLC .9 2.1.1 Bộ lập trình PLC 2.1.2 Lịch sử đời PLC 2.1.3 Sự khác biệt PLC 10 2.1.4 Điểm vượt trội PLC 11 2.1.5 PLC & IoT 4.0 11 2.1.6 Cấu tạo 12 2.1.7 Ưu nhược điểm PLC 12 a Ưu điểm 12 b Nhược điểm 13 2.1.8 Nguyên lí hoạt động 13 2.1.9 Các đầu vào đẩu 13 2.1.10 Lập trình PLC 14 2.1.11 Ứng dụng PLC 14 2.2 PLC S7-1200 DC/DC/DC .14 2.2.1 Giới thiệu chung 15 2.2.2 Các thơng số bên ngồi phần cứng moudule 15 a Cấu trúc bên 15 b Các tín hiệu 16 c Các module tín hiệu 16 d Các module truyền thông 17 2.3 Phần mềm lập trình TIA Portal V17 .17 iv Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Ở chế độ tự động ấn nút chạy, hệ thống bắt đầu hoạt động chế độ Lúc đèn chạy sáng lên, băng tải vào, mâm xoay bật đèn dừng tắt Sau cảm biến nhận chai (cảm biến 1) có tín hiệu bật động rót dung dịch, xy lanh đóng nắp, tắt động băng tải vào, đếm sản phẩm lên 1, tiếp sau khoảng 500 mili giây bật động vặn nắp Sau 10 giây giây xy lanh đóng nắp, động rót dung dịch, động vặn nắp tắt Đúng lúc này, mâm xoay bật cảm biến vị trí, đồng thời bật lại băng tải vào Tiếp theo cảm biến in logo (cảm biến 2) có tín hiệu đồng thời đếm chai đẩy đếm lên Sau đếm đếm đủ lên sau giây bật xy lanh in logo giây Sau giây xy lanh tắt đồng thời đếm chai thành phẩm đếm lên Lúc mà trước nút nhấn dừng tác động hệ thống dừng tồn Nhấn lại nút chạy để chạy lại hệ thống Nếu muốn dừng khẩn cấp tồn hệ thống nhấn nút EMG Nếu trường hợp cảm biến nước thấp có tín hiệu lúc đèn lỗi đèn dừng bật đèn chạy tắt Đồng thời hệ thống dừng toàn 4.5 Chương trình điều khiển 4.5.1 Ngun lí hoạt động Hệ thống hoạt động với nguyên lí sau: Hệ thống hoạt động theo chế độ, chế độ tay tự động Ở chế độ tay khâu làm việc điều khiển tay qua công tắc ON OFF, dùng để bật tắt khâu liên quan tùy theo điều khiển người vận hành Tiếp đến chế độ tự động người vận hành nhấn nút START hệ thống hoạt theo chu trình lập trình sẵn Cụ thể băng tải đưa chai rỗng vào nơi rót dung dịch, mâm xoay di chuyển tới nhận tín hiệu cảm biến vị trí dừng lại, cảm biến nhận tín hiệu dung dịch rót vào chai, sau rót xong thì mâm xoay di chuyển chai tới khâu cấp vặn nắp chai đưa chai băng tải Khi chai tới băng tải có nhiệm vụ đưa chai tới khâu in logo, cảm biến nhận có chai xy lanh in logo thực việc in logo vào thân chai hồn thiện xong chu trình Trong trình vận hành chu trình mà bồn chứa dung dịch khâu rót dung dịch bị cạn tới mức khơng thể rót lúc cảm biến đo mực dung dịch phát tín hiệu báo lỗi hệ thống Lúc hệ thống dừng vận hành đèn báo lỗi sáng lên để báo hiệu cho người vận hành SVTH: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Người hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng 60 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Nếu trình hệ thống gặp lỗi nghiêm trọng lỗi hỏng hóc khâu làm việc người vận hành dùng nút EMG để dừng khần cấp hệ thống Cịn vận hành bình thường nhấn nút STOP hệ thống hồn thành xong chu trình sau dừng lại 4.5.2 Chương trình điều khiển cho PLC S7-1200 a Chương trình Đây chương trình dùng để gọi chương trình phần chương trình điều khiển để hoạt động với thuật tốn Hình 4.9 mơ tả chương trình (Phụ lục 1) b Chương trình Startup Chương trình tạo nhằm cài đặt thơng số ban đầu hệ thống Hình 4.10 mơ tả chương trình Startup (Phụ lục 2) c Chương trình tay Chương trình com Manual chương trình hoạt động chế độ tay hệ thống khâu làm việc Các khâu điều khiển trực tiếp băng cách ON OFF công tắc riêng khâu Hình 4.11 mơ tả chương trình tay (Phụ lục 3) d Chương trình tự động Đây chương trình điều khiển chế độ vận hành Auto hệ thống Khi hệ thống chế độ hoạt động cách tự động điều khiển băng nút nhấn Hình 4.11 mơ tả chương trình tự động (Phụ lục 4) e Chương trình đầu Chương trình có nhiệm vụ gom đầu lại với nhau, kết hợp chương trình Manual Auto đầu Hình 4.14 mơ tả chương trình đầu (Phụ lục 6) f Chương trình mơ Chương trình tạo nhằm để mơ phần code chương trình trên, để xem có hoạt động với u cầu thuật tốn đề mơ hình trước bắt đầu thi cơng mơ hình thật tinh chỉnh lại chỗ thiết sót mơ hình thật Hình 4.13 mơ tả chương trình mơ (Phụ lục 5) 4.6 Thiết kế giao diện WinCC Runtime Advanced SVTH: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Người hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng 61 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Để thực việc giám sát điều khiển hệ thống giao diện Scada việc sử dụng phần mềm chuyên dụng việc TIA Portal V17 giao diện giám sát WinCC Runtime Advanced Hình 4.14 mô tả giao diện giám thiết kế hệ thống Giao diện giám sát cho phép ta giám sát, theo giỏi điều khiển mơ hình hệ thống từ xa qua máy tính hình HMI,… Hình 8: Giao diện giám sát SVTH: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Người hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng 62 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 KẾT LUẬN Sau khoảng thời gian tháng thực đồ án, em có điều kiện ơn lại kiến thức chuyên ngành, tham khảo tài liệu nước, làm việc với phần mềm TIA Portal V17 hỗ trợ thầy cô hướng dẫn để hoàn thành đồ án tốt nghiệp, đồ án cuối đời sinh viên Các dây chuyền sản xuất cơng nghiệp cịn sử dụng phần sức lao động người hệ thống sản xuất hàng hóa đặt thù Vì nên việc tự động hóa cịn gặp vài hạn chế Hi vọng hệ thống sản xuất tự động đề tài nhóm nghiên cứu đưa vào rộng rãi nhà máy, xí nghiệp Cơng nghệ tương lai giải toán phụ thuộc sức lao động người tương lai gần, làm tăng mức độ bao phủ chuyên ngành Phần mềm TIA Portal V17 có khả thiết kế, lập trình hệ thống tương đối xác có tính thực tiễn cao Đặc biệt cho phép người lập trình sáng tạo theo ý thích thực tiễn hệ thống nhờ vào khả mô giám sát không cần phải thiết kế mơ hình thật Nếu khai thác hết tài nguyên TIA Portal V17 mang lại, em tin tương lai phần mềm phổ biến chuyên dụng hiệu cho ngành tự động hóa nói riêng ngành điện nói chung Đề tài quan tâm đến yếu tố tự động hóa q trình sản xuất nhà máy, xí nghiệp với mục tiêu giảm thiểu tối đa sức lao động người thay máy móc thiết bị thông minh Đây đề tài thiết thực mang tính giải pháp kinh tế, kỹ thuật an tồn cho sản xuất hàng hóa Vì làm tăng suất lao động, tăng độ xác cịn làm giảm giá thành sản phẩm, có lợi người tiêu dùng Do khả tiếp cận với tài liệu khoa học cịn nhiều hạn chế, nên có tập luận văn sưu tầm, tham khảo từ sách giáo khoa, báo cáo khoa học ngành Điện Vì tác giả mong bảo, góp ý tận tình thầy giáo Hội đồng chấm luận văn khoá SVTH: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Người hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng 63 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Hệ thống áp dụng thực tế, nhà máy Hệ thống nâng cấp thành mơ hình nhà máy thơng minh với khả sản xuất nhiều đa dạng chức SVTH: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Người hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng 64 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PLC gì? Tổng quan Programmable Logic Controller : MesiDas (reddit.com) [2] Động giảm tốc JGB37 12V 80rpm - Nshop (nshopvn.com) [3] Mạch giảm áp DC-DC LM2596 (iotmaker.vn) [4] PLC S7-1200 | Tổng quan SIMATIC S7-1200 Siemens - Giải pháp tự động hóa IoT (mctt.com.vn) [5] Hướng dẫn S7 1200_Bài 1: Tổng quan thiết bị - Cách Dùng (cachdung.com) [6] Cấu tạo nguyên lý làm việc Aptomat | VNK EDU SVTH: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Người hướng dẫn: ThS Phạm Duy Dưởng 65 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 PHỤ LỤC Phụ lục Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Phụ lục Phụ lục Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Phụ lục Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Phụ lục Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7-1200 Phụ lục ... Dưởng 26 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7- 1200 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG 3.1 Thiết kế phần cứng 3.1.1 Thiết kế phần khí a Thiết kế băng... Tên đề tài: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHIẾT RÓT ĐÓNG NẮP VÀ IN LOGO SỬ DỤNG PLC S7- 1200 Các số liệu, tài liệu ban đầu: Chế tạo mơ hình có cơng đoạn chiết rót, đóng nắp in Logo Giám sát... Dưởng 28 Thiết kế chế tạo mơ hình hệ thống chiết rót đóng nắp in logo sử dụng PLC S7- 1200 Hình 5: Máng cấp nắp thiết kế Solid Work Hình 6: Máng cấp nắp chế tạo thực tế d Thiết kế khâu vặn nắp chai