Đồ án tốt nghiệp hệ thống chiết rót chai

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CƠ KHÍ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH CNKT CƠ ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT QUA WEBSERVER Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Anh Tú Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Hưng 2018604740 Nguyễn Duy Minh 2018602030 Hà Nội-2022 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG Tổng quan hệ thống chiết rót 1.1 Lịch sử nghiên cứu 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Phương pháp thực đề tài 10 CHƯƠNG Cơ sở thiết kế hệ thống 16 2.1 Hệ thống giám sát qua webserver 16 2.2 Phương pháp điều khiển sử dụng PLC 20 CHƯƠNG Thiết kế, chế tạo thử nghiệm hệ thống chiết, rót đóng nắp tự động giám sát qua webserver 26 3.1 Thiết kế thổng thể hệ thống chiết, rót tự động 26 3.2 Tính tốn, lựa chọn thiết bị 32 3.3 Xây dựng, thiết kế hệ thống khí khí nén 59 3.4 Thiết kế mạch điện kết nối cho hệ thống (Phụ Lục) 65 3.5 Xây dựng, thiết kế hệ thống điều khiển, giám sát mô hoạt động hệ thống 65 3.6 Chế tạo, thử nghiệm đánh giá hệ thống 77 Tài liệu tham khảo 87 Phụ lục 90 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Dây chuyền cơng nghiệp sử dụng băng tải cánh tay robot[1] Hình 1.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC[2] Hình 1.3 Dây chuyền cơng nghiệp sản xuất nước đóng chai[3] Hình 2.1 Mơ hình truyền thơng sử dụng Ethernet 17 Hình 2.2 Mơ hình truyền thông Modbus[4] 18 Hình 2.3 Mơ hình truyền thơng sử dụng giao thức Profinet 18 Hình 2.4 Mơ hình truyền thơng Profibus[5] 19 Hình 2.5 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 30 Hình 3.1 Kích thước cấu tạo xi lanh khí nén AIRTAC TN20[6] 35 Hình 3.2 Xy lanh khí nén Airtac TN 16 x 100[8] 38 Hình 3.3 Xy lanh khí nén Airtac TN series[9] 39 Hình 3.4 Van khí nén SY3120-5LZ-M5[10] 40 Hình 3.5 Máy bơm khí nén mini[11] 41 Hình 3.6 Nguồn tổ ong 42 Hình 3.7 Sơ đồ mạch giảm áp LM2596[12] 44 Hình 3.8 Relay[13] 45 Hình 3.9 Động giảm tốc DS 400[14] 46 Hình 3.10 Động giảm tốc GM8212-31[15] 47 Hình 3.11 Động giảm tốc 350prm[16] 48 Hình 3.12 Động giảm tốc 60prm[17] 49 Hình 3.13 Phao chống cạn[18] 51 Hình 3.14 Sơ đồ đấu phao trực tiếp với máy bơm 51 Hình 3.15 Nguyên lý cảm biến quang phản xạ[19] 52 Hình 3.16 Cảm biến tiệm quang phản xạ gương[20] 53 Hình 3.17 Cảm biến tiệm cận hồng ngoại E18 D80NK[21] 54 Hình 3.18 Máy bơm chìm DYH-25 220VAC 25W[22] 55 Hình 3.19 Động bơm 12V - R385[23] 56 Hình 3.20 PLC s71200 CPU 1212C DC/DC/DC module mở rộng 16xIO 57 Hình 3.21 Truyền thơng PLC[24] 58 Hình 3.22 Mâm xoay 60 Hình 3.23 Băng tải 62 Hình 3.24 Cơ cấu chiết rót 63 Hình 3.25 Rãnh cấp nắp 64 Hình 3.26 Cơ cấu đóng nắp 64 Hình 3.27 Giao diện hình khởi động 71 Hình 3.28 Giao diện điều khiển WinCC 72 Hình 3.29 Giao diện giám sát thu thập liệu WinCC 72 Hình 3.30 Giao diện mô hoạt động 73 Hình 3.31 Thiết lập liên kết ảo PG/PC Cài địa IP cho máy 74 Hình 3.32 Cài IP cho máy PLC ảo 74 Hình 3.33 Giao diện điều khiển giám sát WebServer 75 Hình 3.34 Thiết lập bảng sở liệu WatchTable 75 Hình 3.35 Cài đặt phân quyền, thiết lập tài khoản người dùng 76 Hình 3.36 Giao diện điều khiển giám sát PLC Siemens Web 76 Hình 3.37 Giao diện điều khiển giám sát PLC Siemens Webserver 78 Hình 3.38 Giao diện điều khiển giám sát Webpage_User define 79 Hình 3.39 Giao diện thu thập liệu hệ thống Webserver 79 Hình 3.40 So sánh kết WebServer với máy tính cục 80 Hình 3.41 Giản đồ trạng thái xy lanh theo thời gian 81 Hình 3.42 Hệ thống khí nén đáp ứng u cầu 81 Hình 3.43 Mạch điện điều khiển hệ thống 82 Hình 3.44 Giản đồ theo thời gian thực (START=ON) 84 Hình 3.45 Giản đồ theo thời gian thực (STOP=ON) 85 Hình 3.46 Giản đồ theo thời gian thực (RESET=ON) 85 Hình 3.47 Giản đồ trạng thái đầu vào điều khiển (1) 86 Hình 3.48 Giản đồ trạng thái đầu vào điều khiển (2) 86 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng sở lựa chọn xy lanh 32 Bảng 3.2 Lựa chọn xy lanh theo định tính 32 Bảng 3.3 Thơng số kĩ thuật xy lanh khí nén Airtac[7] 35 Bảng 3.4 Kết tính tốn xy lanh 36 Bảng 3.5 Kết tính tốn xylianh 37 Bảng 3.6 Thông số kĩ thuật Van khí nén 40 Bảng 3.7 Bảng phân chia thiết bị theo điện áp 42 Bảng 3.8 Thông số kĩ thuật nguồn tổ ong 42 Bảng 3.9 Thông số kĩ thuật mạch giảm áp 43 Bảng 3.10 Thông số kĩ thuật Relay 44 Bảng 3.11 Bảng phân loại cảm biến 50 Bảng 3.12 Tiêu chí phân loại lựa chọn bơm 54 Bảng 3.14 Khai báo biến đầu vào 65 Bảng 3.15 Khai báo bits nhớ nội PLC S71200 66 Bảng 3.16 Khai báo đầu PLC S71200 67 Bảng 3.17 Khai bóa bits đầu trung gian 68 Bảng 3.18 Khai báo bits data 69 Bảng 3.13 Thiết lập địa cho thiết bị truyền thông 73 Bảng 3.19 Kết lưu trữ liệu máy tính cục 82 LỜI NÓI ĐẦU Hiện việc áp dụng linh hoạt chuyên ngành kĩ thuật vào q trình tự động hóa dây chuyền sản xuất công nghiệp quan trọng Chuyên ngành điện tử với kết hợp khí, điện cơng nghệ thơng tin đời để đáp ứng nhu cầu Các thiết bị điện tử sử dụng hầu hết sản phấm tự động hố, sán phẩm thơng minh, robot, Với kết hợp nhằm đơn giản hóa thiết kế điều khiển đồng thời khắc phục nhược điểm chun ngành Góp phần vào cơng điều khiển tự động thay cho role dòng, điều khiển trở nên nhỏ gọn tiện ích PLC S7-1200 với khả giám sát điều khiển thu thập liệu hệ thống (SCADA) mạnh mẽ kết hợp với giải pháp ứng dụng IoT việc tối ưu tính điêu khiển hướng tiềm tương lai giúp vận hành, giám sát hệ thống công nghiệp lớn cách hiệu Ngày nhu cầu người tiêu dùng tăng mạnh, ngành sản xuất đồ uống đóng chai phát triển mạnh mẽ Trong Việt Nam có dây chuyền sản xuất đại, đảm bảo vệ sinh Việc nhập ngoại dây chuyền sản xuất tốn Chính lý mà dây chuyền chiết rót đời nhiều kỹ sư sinh viên lựa chọn thực cấp độ mơ hình Thế hệ sau khơng kế thừa trí tuệ từ người trước mà cịn phát triển năm với thiết kế ý tưởng sảng tạo Kỉ nguyên số hóa, internet vạn vật đòi hỏi cao việc điều khiển giám sát lúc nơi nên để đáp ứng nhu cầu cần sử dụng mạng truyền thơng internet để thực Chính vậy, nhóm sinh viên trường đại học cơng nghiệp hà nội lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế mô hinhg chiết rót tự động điều khiển giám sát thu thập liệu máy tính cục qua WebServer” Với giải pháp công nghệ, truyền thơng nhóm sinh viên áp dụng mong đề tài khơng mơ hình mà tương lai phát triển ứng dụng vào thực tế dựa tính tối ưu tĩnh thực tiễn mơ hình hệ thống CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT 1.1 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1.1.1 Trên giới Từ cuối kỷ XIX cách mạng công nghiệp lần thứ diễn thúc đẩy mạnh mẽ trình tự động sản xuất Các dây chuyển sản xuất tự động trọng phát triển Các dây chuyền sản xuất tự động ứng dụng nhiều ngành nghề khác có ngành sản xuất đồ uống Cùng với tiến phát triển khoa học kỹ thuật, dây chuyển sản xuất ngày đại tiên tiến Với phát triển công nghệ đặc biệt tự động hóa tạo hàng loạt dây chuyền sản xuất tự động với độ xác cao, tốc độ nhanh, khả ổn định chun mơn hóa cao… ứng dụng rộng rãi ngành cơng nghiệp đại Hình 1.1 Dây chuyền công nghiệp sử dụng băng tải cánh tay robot[1] Cơ điện tử trở thành ngành kỹ thuật đa nhiệm vụ, đáp ứng địi hỏi không nghừng ngành khác công nghiệp, xây dựng, y tế, nông nghệp Nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị khả trình PLC Hình 1.2 Hệ thống điều khiển dùng PLC[2] Để thực công việc cách khoa học nhằm đạt số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiết kiệm chi phí Các cơng ty, xí nghiệp thường sử dụng cơng nghệ lập trình PLC hệ thống sản xuất Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu cao, đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội Trong có ngành cơng nghiệp sản xuất nước đóng chai Trong dây chuyền chiết rót đóng nắp khâu khơng thể thiếu quan trọng 1.1.2 Tại Việt Nam Ngành sản xuất đồ uống đóng chai có tốc độ tăng trưởng cao, giàu tiềm phát triển nhu cầu lớn thị trường Các công ty xuất với nhiều quy mô khác giúp thúc đẩy cạnh tranh mạnh mẽ thị trường đồng thời đẩy mạnh phát triển trình sản xuất Sự tự động hóa q trình sản xuất u cầu bắt buộc với tập đoàn sản xuất Để thúc đẩy suất chất lượng sản phẩm buộc nhà máy cải tiến dây chuyền sản suất từ thủ công, bán tự động sang tự động Từ lĩnh vực nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị, dây chuyền tự động nhà máy ngày phát triển Hình 1.3 Dây chuyền cơng nghiệp sản xuất nước đóng chai[3] Nước ta q trình trình hội nhập 4.0 với cạnh tranh doanh nghiệp nước ngồi từ việc tự động hóa tinh giảm quy trình sản xuất trở nên cấp thiết hết 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI − Xây dựng thành công mô hình hệ thống chiết rót nước uống tự động, điều khiển giám sát qua webserver − Thiết kế Web cho điều khiển giám sát hệ thống − Lưu trữ liệu WebSever xuất csv − Điều khiển giám sát hệ thống WebSever − Tính tốn, lựa chọn thiết bị điện, điện tử, khí nén phù hợp cho hệ thống − Hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động cách sử dụng số loại cảm biến xy lanh thực tế − Viết chương trình điều khiển PLC để đưa vào vận hành hệ thống 82 Hình 3.44 Mạch điện điều khiển hệ thống 3.6.4 Kiểm nghiệm đánh giá mơ hình Kiểm nghiệm kết liệu vận hành hệ thống lưu trữ máy tính vận hành dạng file xls Bảng 3.19 Kết lưu trữ liệu máy tính cục STT Thời Gian 23/4/2022 9:58:31 AM 23/4/2022 9:59:02 AM 23/4/2022 10:01:02 AM 23/4/2022 10:02:02 AM 23/4/2022 10:03:02 AM Số vỏ chai Số chai Số Lỗi nước Số Thời gian thùng bơm 15 14 19 17 34 32 41 40 6 49 47 83 10 11 12 13 14 15 16 17 23/4/2022 10:04:02 AM 23/4/2022 10:05:03 AM 23/4/2022 10:06:03 AM 23/4/2022 10:07:02 AM 23/4/2022 10:08:02 AM 23/4/2022 10:09:02 AM 23/4/2022 10:10:02 AM 23/4/2022 10:11:02 AM 23/4/2022 10:12:02 AM 23/4/2022 10:13:02 AM 23/4/2022 10:14:01 AM 23/4/2022 56 55 64 63 10 71 70 11 79 77 12 86 85 13 94 92 15 101 100 16 109 107 17 116 115 18 124 122 20 131 130 21 139 137 22 146 145 23 10:15:02 AM 18 23/4/2022 10:16:02 AM 84 19 23/4/2022 154 152 25 161 160 26 10:17:02 AM 20 23/4/2022 10:18:02 AM Giản đồ kiểm nghiệm trình vận hành hệ thống chế độ vận hành tự động theo thời gian thực: Khi nhấn nút START: Hình 3.45 Giản đồ theo thời gian thực (START=ON) Khi nhấn nút STOP: 85 Hình 3.46 Giản đồ theo thời gian thực (STOP=ON) Khi nhấn nút RESET: Hình 3.47 Giản đồ theo thời gian thực (RESET=ON) 86 Hình 3.48 Giản đồ trạng thái đầu vào điều khiển (1) Hình 3.49 Giản đồ trạng thái đầu vào điều khiển (2) 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://congnghiepviet.com.vn/loi-ich-cua-day-chuyen-san-xuat-tudong.htm [2] http://trangiahcm.com/plc-la-gi-uu-nhuoc-diem-cau-tao-va-nguyen-lyhoat-dong-cua-plc.html [3] https://huynhlong.com.vn/tim-hieu-cach-hoat-dong-cua-day-chuyenchiet-rot-nuoc-dong-chai [4] https://triviettech.com.vn/giao-thuc-truyen-thong-cong-nghiep [5] https://mesidas.com/profibus [6] https://khinentuancuong.com/xi-lanh-kep-giu-san-pham-2-ty-matn25x50-s-co-tu-sns.html [7] https://khinenthuanhung.vn/xi-lanh-khi-nen-airtac-tn20-10-20-30-4050-60-70-80-90-100-125-150-175-200 [8] https://vietnamese.alibaba.com/product-detail/16mm-Bore-100mmStroke-Compact-Air-1600051251984.html [9] http://khaidong-geeway.com/vn/xy lanh-tn-tr-airtac.html [10] http://hgautomation.com.vn/san-pham/van-dien-tu-22 [11] https://beecost.vn/may-bom-hoi-o-to-12v-mini-tang-kem-3-dau-kimbom-p.3 35163423 74819747 [12] http://yao51.com/jiankangtuku/trsqcuax.html [13] http://wincenthp.com/ro-le-kieng.html [14] https://chotroihn.vn [15] https://www.ebay.com [16] cuahanggiare.vn 88 [17] vatgia.com [18] binhtichap.vn [19] http://truongtrungcapktcnlequydon.edu.vn/cam-bien-quang-la-gi [20] wincenthp.vn [21] phukiengiare.vn [22] thanhthinh.vn [23] https://tae.vn [24] https://hoplongtech.com [25] huynhlong,"tim-hieu-cach-hoat-dong-cua-day-chuyen-chiet-rot-nuocdong-chai," [Online] Available: https://huynhlong.com.vn/tim-hieu cach-hoat dong-cua-day-chuyen-chiet-rot-nuoc-dong-chai/ [Accessed 21 12 2021] [26] SIEMENS, "Industry Online Support Technical Forum," SIEMENS COMPANY, 12 10 1848 [Online] Available: https://support.industry siemens.com/tf/ww/en/posts/about-siemens-plc/9232 [Accessed 20 10 2021] [27] William J Palm III Modeling, Analysis and Control of Dynamic Systems [28] SIEMENS, "Industry Mall Vietnam," [Online].Available:https://mall industry.siemens.com/goos/WelcomePage.aspx?regionUrl=/vn&langu age=en [Accessed 20 10 2021] [29] SIEMENS, "Industry Online Support Technical Forum," SIEMENS COMPANY, 12 10 1848 [Online] Available:https://support.industry siemens.com/tf/ww/en/posts/about-siemens-plc/9232.[Accessed 20 10 2021] 89 [30] Siemens Automation Cooperates with Education, SCE Training Curiculum for integrated Automation Solutions Totally Integrated Automation (TIA), 2012 [31] Nguyễn Kim Ánh & Nguyễn Mạnh Hà, Giáo trình truyền thơng cơng nghiệp, Đà Nẵng, Đà Nẵng, 2018 90 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH HỆ THỐNG CHẾ ĐỘ BẰNG TAY BEGIN BEGIN SAI SAI CÔNG TẮC BẰNG TAY TỰ ĐỘNG NO BẰNG TAY ĐÚNG ĐÚNG ĐÚNG CHẠY CHƯƠNG TRÌNH TỰ ĐỘNG CHẠY CHƯƠNG TRÌNH BẰNG TAY SAI CÔNG TẮC THIẾT BỊ BẬT ĐÚNG CHẠY THIẾT BỊ SAI END CÔNG TẮC THIẾT BỊ TẮT ĐÚNG DỪNG THIẾT BỊ CHẾ ĐỘ TỰ ĐỘNG BEGIN KHÔNG LỖI SAI END SAI SAI CHẠY BĂNG TẢI SAI CẢM BIẾN NÂNG/ HẠ TÁC ĐỘNG CẢM BIẾN VÀO TÁC ĐỘNG CẢM BIẾN VÀO TÁC ĐỘNG ĐÚNG ĐÚNG BẬT BƠM CẢM BIẾN VỊ TRÍ TÁC ĐỘNG CẢM BIẾN CHAI RA TÁC ĐỘNG ĐÚNG ĐÚNG HẠ TAY ĐÓNG NẮP TÁC ĐỘNG XY LANH ÉP BĂNG TẢI DỪNG BƠM DỪNG ĐÚNG DỪNG BĂNG TẢI ĐÚNG SAU 1S SAU 3S SAI CẢM BIẾN VÀO MẤT TÍN HIỆU ĐÚNG BỘ ĐẾM ++ SAI SAU 6S SAI CẢM BIẾN THÙNG TÁC ĐỘNG SAI SAI ĐÚNG SAI SAI SAI CHẠY ĐỘNG CƠ MÂM XOAY ĐÚNG ĐÚNG CHẠY ĐC XOAY NẮP DỪNG BƠM THU HỒI XY LANH ÉP BĂNG TẢI CHẠY SAI CẢM BIẾN VỊ TRÍ TÁC ĐỘNG CẢM BIẾN VÀO TÁC ĐỘNG SAU 3S ĐÚNG ĐÚNG ĐÚNG DỪNG ĐỘNG CƠ MÂM XOAY DỪNG ĐỘNG CƠ XOAY NẮP NÂNG TAY ĐÓNG NẮP ... THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG CHIẾT, RÓT VÀ ĐÓNG NẮP TỰ ĐỘNG GIÁM SÁT QUA WEBSERVER 3.1 THIẾT KẾ THỔNG THỂ HỆ THỐNG CHIẾT, RÓT TỰ ĐỘNG 3.1.1 Mơ tả quy trình cơng nghệ hệ thống Bước 1: Cấp vỏ chai − Mô tả:... cầu cơng nghệ tính cho hệ thống 1.3.4.1 Phương pháp thiết kế khí ❖ Xác định phận hệ thống: Khung đỡ cho hệ thống Bộ phận cấp chai tự động Bộ phận chiết rót đóng nắp Bộ phận vận chuyển chai ❖ Xác... bao gồm chế cấp chai, giữ chai, rót nước vào chai đóng nắp − Cấp chai ta dùng cấu băng truyền thân chai, đáy chai − Giữ chai ta dùng phương pháp giữ thân chai − Rót nước vào chai ta định lượng