Tổng quan sơ lược
Dây chuyền chiết rót nước, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm
Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm là hệ thống hiện đại, bao gồm các máy móc kết hợp để tạo thành quy trình sản xuất nước đóng chai hoàn chỉnh Quy trình này bao gồm các bước: định hình chai, xử lý vô trùng, chiết rót, đóng nắp, dán nhãn, in date và đóng thùng Trong đó, chiết rót, đóng nắp và đóng thùng là những công đoạn quan trọng nhất, đảm bảo hiệu quả, năng suất và tính vệ sinh cao nhờ mức độ tự động hóa Đặc biệt, việc đóng nắp phải chặt để ngăn nước bị đổ trong quá trình vận chuyển, trong khi khâu đóng thùng giúp sắp xếp sản phẩm gọn gàng, thuận tiện cho việc tiêu thụ.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 5
Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm có nhiều ưu điểm như:
Dễ dàng điều khiển: dễ điều chỉnh dung tích cần chiết rót bằng cách thiết lập trên màn hình cảm ứng
Độ chuẩn xác cao: các cơ cấu chấp hành thay đổi theo lệnh tác động, máy điều khiển hoạt động chính xác bằng các thiết bị điện thông minh
Kiểu chiết rót mới với tốc độ chiết rót cao sử dụng công nghệ điều khiển biến đổi tần số để điều chỉnh áp lực dòng chảy phun, mang lại hiệu quả tối ưu trong quá trình chiết rót.
Các bộ phận tiếp xúc với chất chiết rót được chế tạo từ inox chống gỉ, mang lại khả năng chống ăn mòn vượt trội và dễ dàng vệ sinh.
Đặc điểm của dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động
Hệ thống điều khiển bằng màn hình cảm ứng PLC giúp việc cài đặt và thao tác dễ dàng hơn
Thiết bị được sản xuất theo tiêu chuẩn GMP, sử dụng vật liệu thép không gỉ và hợp kim nhôm cao cấp, mang lại khả năng chống ăn mòn và dễ dàng vệ sinh sau khi sử dụng.
Toàn bộ các thông số, mẫu mã có thể được thiết kế và tùy chỉnh theo yêu cầu của khách hàng
Dây chuyền chiết rót tự động 3 trong 1 tích hợp đầy đủ các quy trình chiết rót, đóng nắp chai và đóng thùng tự động trong một thiết bị duy nhất, mang lại hiệu quả cao và tiết kiệm thời gian cho quy trình sản xuất.
Định lượng chiết tự động theo thời gian lập trình sẵn giúp đảm bảo độ chính xác cao Dây chuyền sản xuất được thiết kế với công nghệ tiên tiến, mang lại sự ổn định trong quá trình hoạt động.
Việc điều chỉnh lượng chiết theo nhu cầu của người sản xuất không chỉ mang lại độ chính xác cao mà còn giúp giảm thiểu tối đa chi phí nhân công, từ đó nâng cao hiệu quả công việc.
Quy trình sản xuất đồ uống đóng chai của các nhà máy
1 Trong kho nguyên liệu, các hộp chứa các chai rỗng được đặt trên băng tải đến máy cấp chai
2 Bộ phận cấp chai lấy chai ra khỏi thùng và đặt lên băng chuyền để đưa đến máy rửa
3 Máy rửa chai và sau đó làm khô bằng dòng khí nóng
4 Các chai đi vào máy chiết rót qua một đường ống và được làm đầy thể tích
5 Các chai đã đầy vào máy đóng nắp, nơi nắp vặn được đặt và đóng kín
6 Máy dán nhãn có nhiệm vụ gắn nhãn nhận dạng và đánh dấu vào từng chai
7 Các chai được đặt trên mâm xoay và xếp vào các hộp
8 Các hộp được đóng và niêm phong trong kho thành phẩm
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 6
Phân loại các dạng dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng chai
Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng thường được phân loại thành hai kiểu chính: một kiểu kết hợp chiết rót và đóng nắp, và một kiểu đóng thùng riêng biệt.
1.1.4.1 Máy chiết rót và đóng nắp
Máy chiết rót và đóng nắp dạng mâm xoay:
Dây chuyền chiết rót và đóng nắp dạng mâm xoay hoạt động theo quy trình tự động hóa hiệu quả Đầu tiên, máy tự động cấp chai vào hệ thống, sau đó tiến hành chiết rót sản phẩm Tiếp theo, nắp được cấp bằng tay và sau đó được vặn tự động trước khi thu chai hoàn tất.
Máy chiết rót và vặn nắp dạng thẳng:
Hình 1.3 Dây chuyền chiết rót và đóng nắp dạng thẳng Quy trình hoạt động: Cấp chai bằng tay → Chiết rót tự động → Cấp nắp bằng tay
Máy chiết rót và siết nắp tự động hoàn toàn:
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 7
Quy trình hoạt động: Cấp chai tự động → Chiết rót tự động → Cấp nắp tự động
Máy đóng thùng tự động:
Hình 1.4 Máy đóng thùng tự động Quy trình hoạt động: Cấp thùng tự động Gập nắp tự động Dán keo tự động
Máy đóng thùng bán tự động:
Hình 1.5 Máy đóng thùng bán tự động Quy trình hoạt động: Cấp thùng bằng tay Gập nắp tự động Dán keo tự động
Các công đoạn của quy trình sản xuất nước của các nhà máy
Quy trình sản xuất nước của các nhà máy gồm 6 công đoạn như mục bên dưới
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 8
Giai đoạn tạo phôi bắt đầu bằng việc sử dụng nguyên liệu nhựa PET chính phẩm, được sấy nóng ở nhiệt độ 180°C trong 3-4 giờ Sau đó, hạt nhựa sẽ được chuyển qua máy tạo phôi bán tự động, nơi chúng chuyển từ dạng rắn sang lỏng và được đổ vào khuôn để tạo hình Quá trình ép phôi diễn ra nhanh chóng, chỉ trong vài chục giây đến vài phút, với mỗi chu kỳ tạo ra từ 12 đến 16 phôi Các phôi này sẽ được kiểm tra để loại bỏ bọt khí và cắt bỏ bavia, trước khi được để nguội ngoài không khí, sẵn sàng làm nguyên liệu cho việc thổi chai.
Giai đoạn thổi chai: Công đoạn này sẽ phải trải qua hai giai đoạn chính là gia công làm mềm phôi và thổi chai trong khuôn:
Để làm mềm phôi chai nhựa Pet, cần phải sử dụng đến hệ thống đèn sấy đặc biệt
Sở dĩ cần phải làm điều này là bởi sẽ giúp phôi mềm hơn để có thể dễ dàng thổi ra hình dạng cần thiết
Sau khi phôi Pet mềm, nó được gắn vào ngàm kẹp của khuôn và khuôn được đóng kín Thanh đẩy kéo phôi Pet xuống đáy khuôn, sau đó khí nén được bơm vào để tăng áp lực bên trong Kết quả là phôi Pet sẽ bị dạt ra ngoài, tạo thành hình dạng giống như khuôn.
Trong quá trình sản xuất chai nhựa PET, áp suất được duy trì ổn định trong suốt quá trình thổi và sau thổi, giúp phôi PET được định hình hoàn toàn Sau đó, phôi được làm nguội bằng nước lạnh, đồng thời loại bỏ hoàn toàn mùi hôi lạ, vi khuẩn và vi trùng Đây là công đoạn cuối cùng trong quy trình sản xuất chai nhựa PET.
Sinh viên Bùi Văn Mai và Phan Lê Tiến Sĩ, dưới sự hướng dẫn của T.S Pham Thanh Phong, đã nghiên cứu quá trình nhả áp Trong quá trình này, chai sẽ được lấy ra khỏi khuôn và trải qua kiểm tra kỹ lưỡng trước khi được chiết rót các loại chất lỏng như nước tinh khiết và nước uống có ga.
Nước ngọt dùng trong sản xuất nước uống thường chứa tạp chất và vi khuẩn, vì vậy khử trùng là bước quan trọng Việc chọn phương pháp khử trùng cần phù hợp với yêu cầu cụ thể để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng Đồng thời, cần tuân thủ quy định về việc sử dụng các chất khử trùng nhất định trong quá trình xử lý nước uống.
Khử trùng bằng tia cực tím là phương pháp hiệu quả để xử lý nước, sử dụng tia cực tím bước sóng ngắn để loại bỏ vi khuẩn mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng nước Phương pháp này đảm bảo an toàn cho nguồn nước, đồng thời giữ nguyên các đặc tính tự nhiên của nó.
UV không có hiệu quả kéo dài nhưng phương pháp này lại vượt trội hơn các phương pháp khác trong việc khử khuẩn Cryptosporidium hoặc Giardia
Khử trùng bằng ion bạc là phương pháp sử dụng các ion bạc với tỷ lệ từ 0.005-0.1 mg/l để diệt khuẩn (olidodynamic) Mặc dù phương pháp này có khả năng diệt khuẩn, hiệu quả cụ thể và khả năng bảo vệ lâu dài khỏi vi khuẩn vẫn chưa được xác định rõ Thời gian xử lý thường kéo dài vài giờ và hiện nay, quy trình này chủ yếu được áp dụng trong khử trùng nước uống trên tàu hoặc cung cấp nước cho các vùng bị thiên tai.
Hiện nay, có nhiều công nghệ khác nhau để rót nước vào chai, phù hợp với từng loại chất lỏng như nước có ga, nước không ga và chất lỏng cô đặc Quá trình định lượng sản phẩm lỏng bao gồm việc chiết một thể tích nhất định và rót vào các loại chai, bình, lọ Việc sử dụng máy định lượng sản phẩm đang ngày càng trở nên phổ biến trong ngành sản xuất nước đóng chai.
Sinh viên Bùi Văn Mai và Phan Lê Tiến Sĩ, dưới sự hướng dẫn của T.S Pham Thanh Phong, đã nghiên cứu về quy trình xuất thực phẩm Việc sử dụng máy định lượng không chỉ cải thiện điều kiện vệ sinh mà còn đảm bảo năng suất cao và độ chính xác trong việc định lượng sản phẩm.
Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:
Định lượng bằng bình định mức: Chất lỏng được định mức chính xác bằng bình định mức trước khi rót vào chai
Định lượng chất lỏng bằng cách chiết tới mức cố định được thực hiện bằng cách chiết đầy chai và sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra Khi đó, thể tích trong chai sẽ giảm xuống một khoảng nhất định, bất kể các thể tích trong chai có bằng nhau hay không Ngoài ra, phương pháp này còn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng sẽ được chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi và dừng lại Tuy nhiên, độ chính xác của phương pháp này không cao và phụ thuộc nhiều vào độ đồng đều của chai.
Định lượng bằng cách chiết theo thời gian là phương pháp cho phép chất lỏng chảy vào chai trong khoảng thời gian nhất định, giả định rằng thể tích chất lỏng chảy là không đổi Phương pháp này thường được áp dụng cho các sản phẩm có giá trị thấp và không yêu cầu độ chính xác trọng lượng cao Các phương pháp chiết rót sản phẩm bao gồm nhiều kỹ thuật khác nhau.
Phương pháp rót áp suất thường cho phép chất lỏng tự chảy vào chai nhờ vào sự chênh lệch độ cao thủy tĩnh Phương pháp này có tốc độ chảy chậm, vì vậy nó chỉ thích hợp cho các loại chất lỏng có độ nhớt thấp.
Phương pháp rót chân không là kỹ thuật kết nối chai với hệ thống hút chân không, cho phép chất lỏng chảy vào chai nhờ vào sự chênh lệch áp suất giữa thùng chứa và áp suất bên trong chai Ngoài ra, phương pháp này cũng có thể áp dụng các kỹ thuật bù trừ hoặc chiết đầy chai để đảm bảo lượng chất lỏng được rót vào một cách chính xác.
Phương pháp rót đẳng áp là kỹ thuật được sử dụng cho các sản phẩm có gas như bia và nước ngọt, nhằm giữ cho khí không thoát ra khỏi chất lỏng Trong quá trình rót, áp suất trong chai luôn lớn hơn áp suất khí quyển Để đạt được điều này, người ta nạp khí CO2 vào chai cho đến khi áp suất đạt mức tương đương với bình chứa, sau đó sản phẩm được rót vào chai nhờ vào chênh lệch độ cao Máy định lượng chiết rót sản phẩm thường bao gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu được thiết kế để phục vụ cho một chai riêng biệt.
Các cơ cấu rót có thể được bố trí thẳng hàng để làm việc đồng thời hoặc trên bàn quay để làm việc tuần tự Quy trình bắt đầu khi các chai được chuyển lên hệ thống băng tải và đi qua hệ thống súc rửa để loại bỏ bụi bẩn Sau khi được làm sạch, các chai tiếp tục di chuyển đến hệ thống rót, nơi các cơ cấu cơ khí được bố trí để giữ chặt chai Tại đây, chất lỏng được chiết vào chai bằng các phương pháp khác nhau như chiết đẳng áp, chiết đẳng tích và chiết định lượng.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 11
Khảo sát mô hình trong thực tế
Sục rửa vỏ chai tự động
Quá trình sục rửa vỏ chai sử dụng nước nóng để tiệt trùng và làm sạch, sau đó vỏ chai sẽ được làm khô bằng hệ thống sấy hoặc blower Đối với chai nhựa một lần, bước sục rửa sẽ bị bỏ qua Vỏ chai nước tinh khiết được cấp trực tiếp vào vòi chiết rót thông qua hệ thống feeder Để đảm bảo hiệu suất cao và vệ sinh an toàn thực phẩm, dây chuyền với công suất lớn thường sử dụng máy sục rửa - chiết rót và vặn nắp 3in1, giúp quy trình chiết rót được thực hiện khép kín.
Chiết rót tự động
Máy chiết rót tự động với bàn xoay có thể sử dụng từ 8 đến 40 đầu chiết, tùy thuộc vào công suất yêu cầu và dung tích chai Ngoài ra, thiết bị cũng hỗ trợ chiết rót thẳng hàng, nơi chai được đưa theo băng tải và xếp thành hàng thẳng, cho phép chiết rót đồng thời đến dung tích mong muốn.
Sinh viên Bùi Văn Mai và Phan Lê Tiến Sĩ, dưới sự hướng dẫn của T.S Pham Thanh Phong, thực hiện quy trình chiết rót định lượng Quy trình này bao gồm việc chiết rót nhiều lần qua một vòi với một thể tích nhất định, đảm bảo rằng chai được chiết rót đủ dung tích theo yêu cầu sau khi hoàn tất quá trình chiết rót cuối cùng, theo phương pháp Linear filling.
Trong các dây chuyền chiết rót có sản lượng thấp và không yêu cầu tự động hóa cao, vỏ chai có thể được cấp bằng băng tải kết hợp với máy chiết rót 1-2 đầu Người công nhân hoặc băng tải ngắn sẽ đặt và nhấc vỏ chai ra khỏi vị trí chiết rót, đảm bảo lượng vỏ chai phù hợp với công suất chiết rót thấp.
Có nhiều lựa chọn chiết rót tự động bao gồm:
Chiết rót với dung tích cố định cho một loại chai với một dung tích chính xác
Chiết rót với dung tích có thể thay đổi linh hoạt
Chiết rót theo dải dung tích: 100-500ml, 500-1000ml, 1000-2000ml, 2000- 5000ml…
Việc kiểm soát dây chuyền chiết rót, bao gồm số lượng chiết và công suất, được thực hiện dễ dàng thông qua màn hình điều khiển HMI với giao diện thân thiện, giúp người dùng dễ dàng điều chỉnh dung tích chiết rót.
Vặn nắp chai tự động
Máy vặn nắp chai sử dụng đầu 2, 3, 4 roller giúp đảm bảo tính chính xác và công suất trong quá trình chiết rót Hầu hết các sản phẩm chai, lọ nhựa và thủy tinh cho nước tinh khiết, nước ngọt, đồ uống đều sử dụng nắp chai nhựa có ren Chúng tôi cũng cung cấp giải pháp đóng nút chai cho chai thủy tinh chứa đồ uống có cồn như rượu vang, rượu trắng với nút bấc Đối với một số loại chai nước tinh khiết và đồ uống, nắp chai sẽ được niêm phong nhãn sau khi vặn nắp nhờ máy co màng nắp chai dạng hầm gia nhiệt - Shrink Tunnel.
Công đoạn cấp nắp chai trong dây chuyền vặn nắp chai tự động có thể được thực hiện bởi công nhân để tiết kiệm chi phí, hoặc được thực hiện tự động thông qua hệ thống bowl feeder và phễu rung tích hợp với máy vặn nắp.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 16
Có 2 hình thức dán nhãn chai phổ biến đó là phóng nhãn + co nhãn nilon và dán nhãn chai bằng nhãn giấy, nhãn decal, sticker.
Dán nhãn tự động, phóng nhãn tự động
Các sản phẩm chai nước lọc thường sử dụng nhãn màng nhựa do hình dáng đặc thù của vỏ chai Quy trình dán nhãn này được thực hiện bằng máy phóng nhãn màng nilon, hay còn gọi là Sleeve labelling Máy được thiết kế với khuôn phóng nhãn phù hợp với hình dáng của chai, tự động cắt nhãn từ cuộn và dán lên cổ và thân chai ở vị trí chính xác theo yêu cầu của khách hàng.
Hình 1.16 Dây chuyền dán nhãn tự động, phóng nhãn tự động
Co màng tự động
Máy co màng với buồng gia nhiệt giúp nhãn co nhiệt chắc chắn vào thân chai, cho phép điều chỉnh nhiệt độ và lưu lượng khí nóng theo từng loại nhãn Nhờ đó, màng co được thực hiện nhanh chóng, đảm bảo tính thẩm mỹ mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng chai và sản phẩm bên trong.
Dán nhãn chai tròn, dán nhãn decal, sticker
Phương pháp dán nhãn chai bằng giấy decal hoặc sticker được áp dụng cho các loại chai nhựa PE, PET và chai thủy tinh có bề mặt trơn và không thay đổi hình dáng Chai sẽ được đưa qua hệ thống roller để dán nhãn chính xác vào vị trí mong muốn trên thân chai mà không cần sử dụng máy co màng như với nhãn nilon hay nhãn màng nhựa plastic film Máy dán nhãn giấy thường có cấu tạo đơn giản, giúp tối ưu quy trình dán nhãn hiệu quả.
Cụm tách chai là một sản phẩm quan trọng trong quy trình sản xuất, giúp tạo khoảng cách giữa các chai liền kề khi chúng đi vào máy dán Việc này không chỉ đảm bảo thời gian chu kỳ (cycle time) mà còn giúp hệ thống hoạt động một cách nhịp nhàng và hiệu quả.
Cụm ép xoay chai để dán nhãn gồm động cơ xoay và xylanh điều khiển
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 17
Cụm cấp nhãn tự động sử dụng động cơ step motor và cảm biến để xác định vị trí dừng nhãn, cùng với cảm biến sản phẩm đầu vào, đảm bảo việc cấp và dừng nhãn diễn ra chính xác Hệ thống điều khiển thông minh sẽ tính toán và điều chỉnh các cụm chức năng hoạt động đồng bộ, giúp quy trình dán nhãn chai tròn trở nên tuần tự và chính xác hơn.
Hệ thống kiểm soát lỗi với sensor, cảm biến phát hiện khi không có chai, hết nhãn, nhãn bị rách…giảm thiểu tối đa sai hỏng
Tủ điện điều khiển được thiết kế gọn nhẹ và tích hợp các thiết bị như PLC, servo, drive, biến tần, sensor và màn hình cảm ứng từ các thương hiệu uy tín như Schneider, Panasonic, Delta Những thiết bị này được nhập khẩu từ Đài Loan, EU, Nhật Bản, Australia và Trung Quốc, giúp đảm bảo vận hành ổn định, nâng cao chất lượng và độ chính xác trong quá trình dán nhãn Màn hình HMI cảm ứng mang lại trải nghiệm điều khiển trực quan với giao diện thân thiện, dễ dàng thao tác Hệ thống hiệu chỉnh mold cho chai cho phép thay đổi nhãn dán linh hoạt theo từng sản phẩm và vị trí khác nhau.
Dây chuyền dán nhãn cho sản phẩm chai vuông và dẹp được thiết kế đặc biệt để đảm bảo nhãn được dán chính xác, không nhàu nát và bám dính tốt Các loại máy dán nhãn này bao gồm máy dán nhãn phẳng, máy dán nhãn chai vuông, máy dán nhãn chai dẹp, cũng như máy dán nhãn một mặt và hai mặt, đáp ứng nhu cầu đa dạng trong quá trình sản xuất.
Hầu hết các loại chai nước lọc sau khi dán nhãn, vặn nắp và co màng sẽ được chuyển ngay đến công đoạn đóng thùng trên máy dán thùng carton Trong khi đó, chai nước ngọt và đồ uống thường được đóng gói theo block trước khi cho vào thùng carton Việc đóng gói chai theo block với màng co không chỉ giúp bảo quản sản phẩm mà còn tạo thuận lợi cho quá trình vận chuyển và mua bán hàng.
Đóng gói màng Block – Shrink Tunnel
Các chai được đóng gói theo các khối lượng khác nhau như 6, 10, 20 chai, tùy thuộc vào quy cách đóng gói và kích thước, trọng lượng của chai Sau khi hoàn thành quá trình co màng nhãn, các chai sẽ được dán nhãn tự động.
Sinh viên Bùi Văn Mai và Phan Lê Tiến Sĩ, dưới sự hướng dẫn của T.S Pham Thanh Phong, đã thực hiện quy trình đưa 18 động vật qua băng tải đến vị trí chờ Tại đây, chúng nhanh chóng được tập kết thành các block, có thể xếp vào khay, và được đóng gói bằng máy đóng gói và hàn nhiệt.
Đóng thùng Carton + Dán thùng Carton tự động – Carton Sealer
Dây chuyền đóng thùng và dán thùng carton là công đoạn quan trọng trong quy trình đóng gói sản phẩm Sau khi các chai được dán nhãn, chúng sẽ được sắp xếp vào thùng carton bằng phương pháp thủ công hoặc tự động Thùng carton thường được mở sẵn và đặt vào máy dán sau khi đã xếp sản phẩm Ngoài ra, quá trình này có thể được tự động hóa với máy mở vỏ thùng Cuối cùng, thùng carton sẽ được gập nắp và dán niêm phong ở mặt trên hoặc cả hai mặt trên và dưới.
Đóng đai tự động – Strapping Mchine
Công đoạn đóng đai nhựa cho thùng sản phẩm hoàn thiện với máy đóng đai thùng carton đảm bảo chắc chắn trong lưu kho và vận chuyển
Máy đóng đai loại lớn hoạt động hiệu quả với nhiều kích thước và trọng lượng thùng khác nhau, sử dụng đai nhựa có kích thước từ 9-15mm và độ dày từ 0.5-1.1mm Thiết bị này linh hoạt hỗ trợ đóng đai cho cả thùng ngang và thùng carton đứng, với tốc độ đóng đai nhanh chóng từ 20 đến 30 đai mỗi phút, mang lại năng suất cao cho quy trình đóng gói.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 19
Máy đóng đai nhỏ và trung bình chuyên dụng cho việc đóng đai thùng carton đơn Đối với việc đóng hàng lên pallet, máy siết đai lớn sẽ giúp cố định các thùng hàng với nhau trên pallet.
Hình 1.20 Dây chuyền đóng đai loại nhỏ.
Quấn màng Pallet – Wrapping Machine
Sản phẩm sau khi được đóng pallet sẽ được quấn màng tự động để bảo quản trong quá trình vận chuyển, chờ nhập kho hoặc xuất tới khách hàng Quy trình quấn màng sẽ được thực hiện trên bàn xoay hoặc băng tải hỗ trợ, tùy thuộc vào kích thước và trọng lượng của pallet.
Máy quấn màng pallet và dây chuyền chiết rót tự động đóng chai, đóng thùng giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao chất lượng sản phẩm, gia tăng năng suất và giảm thiểu chi phí.
Sau quá trình tìm hiểu và khảo sát các dây chuyền sản xuất chai nước của các nhà máy, nhóm chúng tôi đã quyết định mô phỏng lại 3 khâu chính của dây chuyền, bao gồm chiết rót và đóng nắp dạng thẳng, cũng như đóng thùng tự động, tất cả đều được điều khiển bởi hệ thống 3 PLC hiện đại.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 20
TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ TIA PORTAL
Tổng quan PLC
PLC (Bộ điều khiển logic có khả năng lập trình) cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình Điểm khác biệt chính giữa điều khiển logic khả trình và điều khiển theo kết nối cứng là việc thay thế kết nối dây bằng chương trình lập trình Người dùng có thể lập trình PLC một cách dễ dàng nhờ vào các ngôn ngữ lập trình đơn giản hoặc thông qua các liên kết logic cơ bản mà không cần kiến thức lập trình phức tạp.
Thiết bị PLC thay thế mạch điện điều khiển trong quá trình xử lý số liệu, với nhiệm vụ được xác định bởi một chương trình gồm các bước thực hiện hữu hạn Chương trình này mô tả tiến trình điều khiển và được lưu trữ trong bộ nhớ, do đó được gọi là điều khiển theo lập trình nhớ hay điều khiển khả trình Hai hệ điều khiển được biểu diễn dựa trên sự khác biệt trong khâu xử lý số liệu.
Khi thay đổi nhiệm vụ điều khiển, việc điều chỉnh mạch điều khiển sẽ yêu cầu lắp lại mạch và thay thế các phần tử trong hệ điều khiển bằng relay điện Ngược lại, trong hệ điều khiển logic khả trình (PLC), chỉ cần thay đổi chương trình soạn thảo mà không cần thay đổi phần cứng.
Cấu trúc của một PLC có thể được mô tả như hình vẽ sau:
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 21
Hình 2.2 Cấu trúc chung của bộ điều khiển lập trình PLC
Bộ điều khiển PLC nhận tín hiệu từ các cảm biến đầu vào và xử lý chúng thông qua chương trình điều khiển lưu trữ trong bộ nhớ Kết quả xử lý này được chuyển đến ngõ ra để điều khiển các đối tượng hoặc quy trình dưới dạng tín hiệu.
2.1.1.1 Bộ nhớ chương trình trong PLC
Bộ nhớ chương trình trong PLC là bộ nhớ điện tử đặc biệt có khả năng đọc Khi sử dụng bộ nhớ RAM, nội dung có thể thay đổi liên tục, đặc biệt trong quá trình điều khiển Nếu mất điện, nội dung trong RAM vẫn có thể được giữ lại nhờ pin dự phòng Đối với các chương trình điều khiển ổn định, chúng có thể được nạp vào bộ nhớ cố định như EPROM hoặc EEPROM, trong đó nội dung EPROM có thể bị xóa bằng tia cực tím.
2.1.1.2 Hệ điều hành trong PLC
Sau khi khởi động bộ điều khiển, hệ điều hành sẽ thiết lập các counter, timer, dữ liệu và bit nhớ không được lưu trữ bởi pin dự phòng về giá trị 0 Để thực hiện chương trình, hệ điều hành sẽ đọc từng dòng lệnh từ đầu đến cuối và thực hiện các câu lệnh tương ứng.
Bit nhớ (Bit memory): Các bit memory là các phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 22
Bộ đệm (Proccess Image): Bộ đệm là một vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ các trạng thái tín hiệu ở các ngõ vào ra nhị phân
Accumulator: Là một bộ nhớ trung gian mà qua nó timer hay counter được nạp vào hay thực hiện các phép toán số học
Counter, Timer: Timer và counter cũng là các vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ các giá trị đếm trong nó
Hệ thống Bus trong PLC kết nối bộ nhớ chương trình, hệ điều hành và các modul ngoại vi thông qua các dây dẫn Bus này cho phép trao đổi dữ liệu giữa các thành phần, trong khi hệ điều hành quản lý việc truyền tải dữ liệu trên các dây dẫn đó.
2.1.2 Nguyên lí hoạt động của PLC Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (sensor, contact, …) được đưa vào CPU thông qua module đầu vào Sau khi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua module đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngoài theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn
Một chu kỳ quét (Scan Cycle) bao gồm các bước: đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội bộ, tự kiểm tra lỗi và gửi cập nhật tín hiệu đầu ra Thời gian thực hiện một vòng quét thường rất ngắn, dao động từ 1ms đến 100ms, và phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài chương trình, cũng như tốc độ giao tiếp giữa PLC và thiết bị ngoại vi.
Tùy thuộc vào từng loại PLC mà có các cách phân loại khác nhau như PLC S7-
1200 thì phân loại theo 2 đặc điểm sau
Có hai kiểu cơ cấu thông dụng với các hệ thống PLC là kiểu hộp đơn và kiểu module nối ghép
Kiểu hộp đơn thường được sử dụng cho các thiết bị điều khiển lập trình cỡ nhỏ và được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc hoàn chỉnh
Kiểu module ghép nối bao gồm nhiều module riêng biệt cho bộ nguồn, CPU, và cổng vào/ra, được lắp đặt trên thanh ray Thiết kế này cho phép sử dụng cho các thiết bị lập trình với nhiều kích thước khác nhau.
2.1.3.2 Về số lượng các đầu vào ra
Căn cứ vào số lượng đầu vào/ ra ta có thể phân PLC thành bốn loại sau:
Micro PLC là loại có dưới 32 kênh vào/ra
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 23
PLC nhỏ có đến 256 kênh vào/ra
PLC trung bình có đến 1024 kênh vào/ra
PLC cỡ lớn có trên 1024 kênh vào/ra
2.1.4 Ưu nhược điểm và ứng dụng của PLC
PLC mang lại nhiều lợi ích cho con người, đồng thời cũng tồn tại một số ưu nhược điểm Bên cạnh đó, ứng dụng của PLC rất đa dạng và được thể hiện rõ trong các ngành nghề khác nhau.
Chức năng lập trình PLC dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn
Thực hiện được các thuật toán phức tạp và độ chính xác cao
Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và sửa chữa, giảm đến 80% số lượng dây nối
Cấu trúc của PLC dạng module, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào/ra, mở rộng chức năng khác
Khả năng chống nhiễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp
Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: Máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác
Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình
Đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn
PLC được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, điều khiển quá trình, máy nông nghiệp, thiết bị y tế và thiết bị thu thập dữ liệu trong các hệ thống SCADA.
Giới thiệu PLC Siemens
PLC Siemens có nhiều loại cho lập trình và điều khiển, nhưng PLC S7-1200 là loại phổ biến và dễ lập trình nhất, vì vậy chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về nó trong phần dưới đây.
Các kết cấu chính và đặc điểm nhận dạng PLC được thể hiện qua các mục sau
S7-1200 là một dòng PLC (bộ điều khiển logic lập trình) lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa nhờ thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và khả năng lập trình mạnh mẽ, mang đến giải pháp tối ưu cho các nhu cầu tự động hóa.
1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 24
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
Tất cả các CPU đều có tính năng bảo vệ bằng mật khẩu để ngăn chặn truy cập trái phép vào PLC, đồng thời cung cấp chức năng "bảo vệ bí quyết" nhằm bảo vệ các block đặc biệt của hệ thống.
S7-1200 được trang bị cổng PROFINET, hỗ trợ các chuẩn Ethernet và TCP/IP, đồng thời cho phép kết nối mở rộng thông qua các module truyền thông RS485 hoặc RS232.
Phần mềm Step7 Basic được sử dụng để lập trình cho S7-1200, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình FBD, LAD và SCL Step7 Basic được tích hợp trong Tia Portal 15 của Siemens, mang lại sự tiện lợi cho người dùng trong quá trình lập trình.
Hình 2.3 Bộ điều khiển lập trình S7 – 1200
2.2.1.2 Các thành phần của PLC S7-1200
3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC
S7-1200 có 5 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C
S7-1200 có các loại module mở rộng sau:
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 25
2.2.2 Đặc điểm kỹ thuật dòng CPU 121x
Các PLC S7-1200 có các thông số kỹ thuật đa dạng, cho phép người dùng lựa chọn những đặc điểm phù hợp với nhu cầu ứng dụng cụ thể Việc này giúp tối ưu hóa không gian và tốc độ xử lý, đồng thời tránh lãng phí tài nguyên Thông tin chi tiết được trình bày trong bảng so sánh bên dưới.
Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật dòng CPU 121x
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 26
Gồm có 2 cấu trúc là phần cứng và bộ nhớ được nêu rõ ở mục bên dưới
PLC S7-1200 có 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất/ nhập
Bộ xử lý trung tâm (CPU) trong hệ thống PLC có hai chức năng chính Đầu tiên, nó biên dịch các tín hiệu được nhập vào, giúp chuyển đổi thông tin từ các cảm biến và thiết bị ngoại vi Thứ hai, CPU thực hiện các hành động điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC, đảm bảo quá trình tự động hóa hoạt động hiệu quả và chính xác.
Bộ nguồn có chức năng chuyển đổi điện áp AC thành DC (24V), điều này rất quan trọng cho các bộ vi xử lý và các mạch điện trong module giao tiếp nhập và xuất hoạt động hiệu quả.
Bộ nhớ: Lưu trữ các chương trình để sử dụng cho các hoạt động dưới sự quản lý của bộ vi xử lý
Các thành phần giao tiếp nhập/xuất là cầu nối giữa thiết bị ngoại vi và thiết bị điều khiển, nhận thông tin từ các thiết bị như công tắc và cảm biến, sau đó truyền tín hiệu ra cho động cơ và biến tần Chương trình điều khiển được nạp vào thông qua bộ lập trình hoặc máy vi tính, đảm bảo quá trình vận hành hiệu quả.
Bộ điều khiển lập trình S7-1200 cho phép mở rộng với tối đa 8 module tín hiệu đa dạng và 1 mạch tín hiệu cho bộ vi xử lý Ngoài khả năng mở rộng linh hoạt, S7-1200 còn hỗ trợ 3 module giao tiếp, giúp tăng cường khả năng truyền thông cho hệ thống.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 27
Hình 2.4 Sơ đồ khối của PLC S7 – 1200
Hình 2.5 Sơ đồ khối vào ra và đấu nối PLC S7 – 1200 1214C
Vùng nhớ Load là loại vùng nhớ non-volatile, nghĩa là thông tin lưu trữ trên đó không bị mất khi nguồn điện bị ngắt Vùng nhớ này được sử dụng để lưu trữ chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình Khi người dùng tải một dự án xuống CPU, chương trình sẽ được lưu trữ đầu tiên trong vùng nhớ Load.
Sinh viên Bùi Văn Mai và Phan Lê Tiến Sĩ, dưới sự hướng dẫn của T.S Pham Thanh Phong, đã tìm hiểu về bộ nhớ trong CPU và thẻ nhớ Vùng nhớ này tương tự như ổ cứng của máy tính, cho phép mở rộng kích thước chương trình khi sử dụng thẻ nhớ.
Vùng nhớ Work memory là loại vùng nhớ tạm thời (volatile), nơi thông tin sẽ bị mất khi nguồn điện bị ngắt Nó được sử dụng để lưu trữ một số thành phần của dự án trong quá trình thực hiện chương trình người dùng CPU sẽ sao chép các thành phần từ vùng nhớ Load memory sang Work memory, và dữ liệu trong vùng nhớ này sẽ không còn khi mất điện Khi nguồn điện được khôi phục, CPU sẽ khôi phục lại vùng nhớ này Vùng nhớ Work memory tương tự như RAM trong máy tính.
Vùng nhớ Retentive là loại nhớ không bay hơi, được sử dụng để lưu trữ các giá trị từ vùng nhớ Work memory CPU sử dụng vùng nhớ này để giữ lại các giá trị do người dùng chọn, ngay cả khi mất điện Khi nguồn điện được khôi phục, CPU sẽ khôi phục lại các giá trị đã lưu trữ Những giá trị này sẽ không bị mất cho đến khi người dùng tải xuống một dự án khác Trong quá trình thực hiện chương trình, CPU sao chép chương trình lập trình vào vùng nhớ Work memory, và các giá trị được chọn là Retentive sẽ được ghi nhớ, bất chấp việc CPU có bị mất nguồn.
2.2.4 Kích thước vùng nhớ trong PLC S7-1200
Vùng nhớ Load memory trong PLC S7-1200:
Các PLC khác nhau có các không gian vùng nhớ Load khác nhau và mục đích lưu trữ thì giống nhau được thể hiện ở bảng 2.2
Bảng 2.2 Vùng nhớ Load memory trong PLC S7-1200
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 29
Vùng nhớ Word memory trong PLC S7-1200:
Các PLC khác nhau có các không gian vùng nhớ Word khác nhau được thể hiện ở bảng 2.3
Bảng 2.3 Vùng nhớ Word memory trong PLC S7-1200
Vùng nhớ Retentive memory trong PLC S7-1200:
Các PLC khác nhau có các không gian vùng nhớ Retentive và thời gian lưu giống nhau được thể hiện ở bảng 2.4
Bảng 2.4 Vùng nhớ Retentive memory trong PLC S7-1200
Giới thiệu phần mềm Tia Portal
Tương tự như PLC Siemens, Tia Portal có nhiều phiên bản khác nhau, mỗi phiên bản cung cấp các chức năng giao diện và dung lượng tải về riêng Để đảm bảo máy PC hoạt động hiệu quả và đầy đủ chức năng trong quá trình lập trình, Tia Portal V15 là sự lựa chọn tối ưu cho việc lập trình chương trình điều khiển.
2.3.1 Giới thiệu phần mềm Tia Portal V15
Tia Portal là phần mềm tích hợp nhiều ứng dụng quản lý tự động hóa và vận hành điện cho hệ thống Đây là phần mềm tự động hóa đầu tiên sử dụng một nền tảng chung để thực hiện các tác vụ điều khiển hệ thống.
Tia Portal là phần mềm tích hợp tự động toàn diện, đóng vai trò cơ sở cho việc phát triển các phần mềm khác, bao gồm lập trình và cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm Đặc điểm nổi bật của Tia Portal là khả năng cho phép các phần mềm chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, từ đó tạo ra tính thống nhất và toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý và vận hành.
Tia Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:
1 Thiết kế giao diện kéo nhả thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 30
2 Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát
3 Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống
4 Tích hợp mô phỏng hệ thống
5 Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens
Hiện tại phần mềm Tia Portal có nhiều phiên bản như Tia Portal V14,Tia Portal V15, Tia Portal V16 và mới nhất là Tia Portal V17
Tia Portal là một phần mềm quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa, tích hợp các ứng dụng như HMI, PLC và Inverter của Siemens Phần mềm này mang lại nhiều lợi ích trong việc vận hành hệ thống tự động hóa, nhưng cũng có một số nhược điểm cần lưu ý.
2.3.2 Ưu điểm và hạn chế của phần mềm Tia Portal
2.3.2.1 Ưu điểm của phần mềm Tia Portal
Tích hợp toàn bộ phần mềm vào một nền tảng duy nhất giúp quản lý dễ dàng với cơ sở dữ liệu chung, đồng thời thống nhất cấu hình Giải pháp này mang lại khả năng vận hành thiết bị nhanh chóng và hiệu quả, đồng thời hỗ trợ tìm kiếm và khắc phục sự cố trong thời gian ngắn.
Tất cả các yếu tố như bộ lập trình PLC và màn hình HMI được cấu hình trên Tia Portal giúp chuyên viên tiết kiệm thời gian thao tác và thiết lập truyền thông giữa các thiết bị Chỉ với một biến số từ bộ lập trình PLC được đưa vào màn hình HMI, kết nối được thiết lập mà không cần bất kỳ thao tác lập trình nào.
2.3.2.2 Hạn chế của phần mềm Tia Portal
Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớ khổng lồ
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 31
Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý, tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng
Phần mềm Tia Portal, được phát triển bởi Siemens, bao gồm nhiều thành phần hỗ trợ người dùng trong việc quản lý và lập trình PLC cũng như HMI một cách hiệu quả.
Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lập trình và mô phỏng PLC S7-300, S&-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500…
Simatic WinCC Professional: Được dùng để lập trình màn hình HMI, và giao diện SCADA
Simatic Start Driver: Được lập trình cấu hình Siemens
Sirius và Simocode: Thiết lập cấu hình và chuẩn đoán lỗi linh hoạt
Điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục hiệu quả với sự hỗ trợ từ Scout Tia Thư viện Simatic Robot cung cấp đầy đủ dữ liệu, giúp người dùng dễ dàng thiết lập cấu hình và hệ thống một cách nhanh chóng.
Sau khi tải về ta có các file như sau:
Ta thực hiện các bước sau để cài đặt bộ phần mềm Tia V15:
Bước 1: Mở file “TIA Portal STEP 7 Professional WinCC Professional V15”⇒ Chọn Start.exe ⇒ Nhấn chuột phải ⇒ chọn Run as adminitrator
Bước 2: Sau khi chạy xong sẽ hiển thi lên bảng như hình dưới đây
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 32
Nếu hệ thống yêu cầu tải phần mềm NET Framework 3.5 SP1, bạn có thể truy cập vào [đường link này](https://taimienphi.vn/download-microsoft-net-framework-35-18711) để tải về .NET Framework 3.5 là phiên bản cần thiết để hỗ trợ chạy các ứng dụng trên hệ điều hành Windows, bao gồm cả phần mềm đồ họa và các ngôn ngữ lập trình Việc cài đặt hoặc kích hoạt phiên bản này giúp đảm bảo rằng các chương trình sẽ hoạt động ổn định và hiệu quả trên máy tính của bạn.
Bước 4: Sau khi tải xem chúng ta quay lại tiếp tục cài phần mềm Step 7 Chọn ngôn ngữ cho phần mềm sau đấy chọn Next
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 33
Bước 5: Chọn đường dẫn để cài đặt phần mềm sau đó chọn Next
Bước 6: Tích chọn vào hai ô như hình phía dưới sau đấy chọn Next
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 34
Bước 7: Chọn tích vào ô trống ( như hình phía dưới ) sau đấy chọn Next
Bước 8: Chọn Install để cài đặt
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 35
Sau đó chờ cho phần mềm cài đặt, vậy là đã cài xong quá trình.
Giới thiệu về phần mềm WinCC
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 36
Hiện nay, một số phần mềm WinCC hoạt động độc lập, trong khi một số khác được tích hợp sẵn trong các phần mềm như Tia Portal, giúp thuận tiện cho việc trao đổi dữ liệu giữa PLC và WinCC.
2.4.1 Phần mềm WinCC trong Tia Portal
WinCC là phần mềm giám sát và điều khiển của Siemens, chuyên thu thập dữ liệu trong sản xuất Nó cung cấp nhiều module chức năng hữu ích như hiển thị hình ảnh, tạo thông điệp, lưu trữ và báo cáo Với giao diện điều khiển mạnh mẽ, khả năng truy cập hình ảnh nhanh chóng và tính năng lưu trữ an toàn, WinCC đảm bảo tính hữu dụng cao trong công nghiệp.
Với WinCC, người dùng có khả năng giao tiếp dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC từ các hãng khác nhau như Mitsubishi và Siemens, thông qua cổng COM với chuẩn RS-232 trên máy tính và chuẩn RS-485 trên PLC.
2.4.2 Các ứng dụng của WinCC
Tự động hóa quy trình điều khiển và giám sát sản xuất thông qua hệ thống WinCC cho phép mô phỏng các sự kiện xảy ra dưới dạng chuỗi sự kiện WinCC cung cấp nhiều chức năng như hiển thị đồ họa, thông báo, xử lý thông tin đo lường và các tham số công thức, đáp ứng yêu cầu công nghệ Đây là một trong những ứng dụng quan trọng trong thiết kế giao diện người máy (HMI).
Phương thức truyền thông Ethernet của các PLC
Trong việc truyền thông giữa các PLC, có nhiều chuẩn khác nhau phù hợp với các kiểu và mô hình khác nhau Tuy nhiên, bài viết này sẽ tập trung chủ yếu vào chuẩn truyền thông Ethernet.
2.5.1 Giới thiệu phương thức truyền thông Ethernet
Ethernet là công nghệ truyền thống kết nối mạng LAN cục bộ, cho phép các thiết bị giao tiếp qua một giao thức chung Là lớp giao thức Data-Link trong tầng TCP/IP, Ethernet quy định cách thức định dạng và truyền tải gói dữ liệu, giúp các thiết bị trong cùng phân khúc mạng phát hiện và xử lý thông tin hiệu quả Cáp Ethernet là hệ thống dây vật lý dùng để truyền dữ liệu, phục vụ cho nhiều đối tượng như doanh nghiệp, game thủ và người dùng cuối, nhờ vào độ tin cậy và tính bảo mật cao mà nó mang lại.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 37
So với công nghệ mạng LAN không dây, Ethernet ít bị gián đoạn hơn nhờ vào khả năng chống nhiễu sóng vô tuyến và băng thông ổn định Nó cũng cung cấp mức độ bảo mật và kiểm soát mạng tốt hơn, vì thiết bị phải được kết nối bằng cáp vật lý, làm cho việc truy cập dữ liệu mạng từ bên ngoài trở nên khó khăn Mạng Ethernet công nghiệp đang phát triển nhanh chóng và dần thay thế các mạng công nghiệp truyền thống, mang lại lợi ích trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất và tích hợp thông tin giữa sản xuất và quản lý Tuy nhiên, Ethernet công nghiệp có những khác biệt so với Ethernet dân dụng, vì vậy kỹ sư cần có hiểu biết cơ bản để triển khai và vận hành hiệu quả.
Hiện nay, có 2 chuẩn mạng Ethernet phổ biến đó là:
Tốc độ 10/100Mbs: Đây là tốc độ mạng đạt chuẩn Megabit Hầu hết các kết nối Internet mà ta đang sử dụng đều đạt tốc độ chuẩn này
Tốc độ mạng 10/100/1000Mbs đạt chuẩn Gigabit, phù hợp cho các nhu cầu sử dụng cao như quán net và doanh nghiệp.
Việc sử dụng mạng truyền thông công nghiệp mở ra cơ hội cho các kiến trúc điều khiển hiện đại, bao gồm điều khiển phân tán và giám sát từ xa qua Internet Điều này không chỉ giúp tích hợp thông tin giữa hệ thống điều khiển và giám sát mà còn liên kết chặt chẽ với thông tin điều hành sản xuất và quản lý doanh nghiệp.
Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp giúp kết nối nhiều thiết bị khác nhau thông qua một đường truyền duy nhất, tạo ra sự hiệu quả và tiện lợi trong quá trình vận hành.
Việc tiết kiệm dây nối và công thiết kế lắp đặt hệ thống được thực hiện nhờ vào cấu trúc đơn giản, giúp quá trình thiết kế trở nên dễ dàng hơn Số lượng lớn cáp truyền được thay thế bằng một đường duy nhất, từ đó giảm thiểu chi phí nguyên vật liệu và công lắp đặt một cách đáng kể.
Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin là rất quan trọng Phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu, dẫn đến việc thay đổi nội dung thông tin mà các thiết bị không thể nhận biết được.
Kỹ thuật truyền thông số giúp thông tin được truyền đi chính xác hơn, đồng thời các thiết bị mạng có khả năng tự phát hiện và chẩn đoán lỗi Việc giảm thiểu các lần chuyển đổi giữa tín hiệu tương tự và số cũng góp phần nâng cao độ chính xác của dữ liệu.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 38
Nâng cao độ linh hoạt và tính năng mở của hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế cho phép sử dụng thiết bị từ nhiều hãng khác nhau, dễ dàng thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng Khả năng tương tác giữa các thành phần phần cứng và phần mềm được cải thiện nhờ các giao diện chuẩn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển và tích hợp hệ thống.
Việc tham số hóa, chẩn đoán và định vị lỗi của các thiết bị đã trở nên đơn giản và tiện lợi hơn với một đường truyền duy nhất Các thiết bị không chỉ trao đổi dữ liệu quá trình mà còn chia sẻ dữ liệu tham số, trạng thái, cảnh báo và chẩn đoán Hơn nữa, chúng có khả năng tự chẩn đoán và các trạm trong mạng có thể cảnh báo lẫn nhau.
Cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa và điều chỉnh thiết bị có thể được thực hiện từ xa thông qua một trạm kỹ thuật trung tâm, mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới cho hệ thống.
2.5.2 Ưu điểm và nhược điểm của Ethernet
Sau khi đem vào ứng dụng và hoạt động thử thì có những ưu nhược như mục bên dưới
Mạng LAN có dây, mặc dù tốn kém và mất thời gian hơn so với mạng WLAN, mang lại nhiều lợi ích đáng kể Một trong những ưu điểm lớn nhất là độ ổn định tín hiệu, vì tín hiệu Wifi dễ bị nhiễu do truyền qua tần số vô tuyến Ngược lại, mạng Ethernet có dây không gặp phải vấn đề này, giúp giảm thiểu sự can thiệp và đảm bảo kết nối Internet ổn định hơn Điều này rất quan trọng khi thực hiện các giao dịch lớn liên quan đến việc chuyển đổi dữ liệu và tệp phương tiện khổng lồ giữa các thiết bị.
Ethernet cung cấp tính linh hoạt và bảo mật vượt trội cho các doanh nghiệp, cho phép kiểm soát chặt chẽ các thiết bị kết nối với mạng nội bộ Việc duy trì kết nối vật lý không chỉ giúp người dùng truy cập dữ liệu dễ dàng hơn mà còn ngăn chặn các vi phạm an ninh không mong muốn, điều này có thể gây nguy hiểm và tốn kém Trong khi đó, mạng WLAN doanh nghiệp với Wifi có thể dễ dàng bị tiếp cận bởi các mối đe dọa bên ngoài do tín hiệu mở rộng ra ngoài các bức tường.
Khi thiết kế một mạng LAN có dây cho doanh nghiệp nhỏ, chi phí sẽ tăng lên do yêu cầu về thiết bị như modem, tường lửa, máy chủ và công tắc Để đảm bảo mạng lưới an toàn, ổn định và riêng tư, có thể cần đến sự hỗ trợ cài đặt chuyên nghiệp.
Cách truyền nhận dữ liệu giữa các PLC
S7 Connection kết nối dựa trên phần cứng cổng Ethernet với mạng profinet Giữa
Ba PLC có thể kết nối qua Ethernet thông thường bằng cách sử dụng các lệnh như TCON, TSEND và TRCV Quá trình truyền nhận dữ liệu sẽ được giám sát thông qua PC và Switch mạng Khi cấu hình phần cứng và tạo kết nối S7, cần đảm bảo rằng ID giữa ba PLC là khác nhau Để truy cập giữa ba PLC, cần thực hiện các bước cho phép cần thiết (nếu có).
Bước 1: Tích vào ô như hình bên dưới khi của sổ hiện ra
Kết nối S7 cung cấp hai khối hàm GET và PUT, trong đó khác với kết nối Ethernet thông thường yêu cầu khai báo truyền nhận từ cả hai bên, S7 chỉ cần khai báo từ một bên, được gọi là Master Master có vai trò ghi và đọc dữ liệu.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 40
Bước 2: Tiến hành tạo khối datablock ở cả 3 PLC
Hàm PUT hiểu là ghi dữ liệu từ Master xuống Slave
ADDR_1: địa chỉ trên Slave
SD_1: địa chỉ trên Master
Bước 3: Để có được dữ liệu ta tiến hành cài cấu hình hàm PUT như hình dưới
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 41
Ta tiếp tục cấu hình khung truyền dữ liệu
Bước 4: Ta cần cấu hình đúng địa chỉ IP, ID, dữ liệu muốn truyền, độ dài…
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 42
ADDR_1: địa chỉ nhận trên Slave
RD_1: địa chỉ lưu lại giá trị trên Master
Ta chỉ cần cấu hình trên Master là PLC tự kết nối
Bước 5: Tiến hành dowload xuống PLC và theo dõi kết quả
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 43
Chúng ta đã kết nối thành công ba PLC và tiếp theo, chúng ta sẽ viết chương trình để các PLC có thể giao tiếp với nhau Để xác nhận việc truyền dữ liệu thành công, cần thực hiện thêm một số bước.
Bước 1: Truyền dữ liệu qua lại giữa các PLC bằng cách nhập các chữ số để xem
Bước 2: Để xác nhận tín hiệu từ PLC khác, hãy tăng giá trị bên PLC đó lên mức 1 và sau đó quay lại Nếu bên này cũng đạt giá trị 1, điều đó có nghĩa là tín hiệu đã được nhận.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 44
Bước 3: Nhận dữ liệu thành công từ PLC khi ta gõ dữ liệu từ bên PLC này là bên PLC kia có
Tín hiệu REQ nên để dưới dạng xung để có thể nhận dữ liệu
Vậy là ta đã truyền thông thành công giữa 3 PLC, tiến hành viết code cho chương trình mong muốn
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong 45
