THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SẢN XUẤT BIA

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ - ĐIỆN  BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỀ TÀI: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SẢN XUẤT BIA” Giảng viên hướng dẫn : TS Ngơ Trí Dương Sinh viên thực : Nguyễn Đăng Minh Lớp MSV : K59 – TĐHB : 597745 Hà Nội - 2022 LỜI CẢM ƠN Mơn học hồn thành Bộ mơn Tự động hóa- Khoa Cơ Điện- Học Viện Nơng Nghiệp Việt Nam hướng dẫn TS Ngơ Trí Dương Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô mơn Tự động hóa thầy khoa Cơ- Điện Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam tận tình dạy dỗ em kiến thức chuyên mơn làm sở để em hồn thành mơn học tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn tất chương trình học Và em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Ngơ Trí Dương trực tiếp hướng dẫn khoa học, bạn đóng góp q báu q trình thực mơn học Trong q trình nghiên cứu hồn thành mơn học, thời gian có hạn, nên khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp q Thầy Cơ bạn bè Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Sinh viên Nguyễn Đăng Minh MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1- SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN PLC 1.1- Cấu trúc PLC 1.2- Các thành phần PL .4 1.3- Hoạt động PLC 1.4- So sánh PLC S7 200 với PLC S7 1200 .6 PHẦN 2- THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PLC S7 1200 HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP SẢN PHẨM 2.1- Thiết bị sử dụng mơ hình 2.2- Sơ đồ khối hệ thống 2.3- Tính chọn thiết bị 2.4- Nguyên lý hoạt động hệ thống 14 2.5- Phần mềm 17 LỜI NÓI ĐẦU Từ đời PLC (programmable logic controller) ngày khẳng định vai trị đời sống sản xuất Nó làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển khái niệm thiết kế chúng ưu điểm tuyệt vời Đặc trưng tất dịng PLC khả lập trình được, số IP dải quy định cho phép PLC hoạt động môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng thấp, thay hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả nâng cấp thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập đầu xuất đáp ứng tuỳ nghi khả xem tiêu chí cho nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho hệ thống hoạt động tự động.Và để có nhìn khách quan PLC nhóm chúng em tìm hiểu hệ thống điều khiển cơng nghiệp thực tế Đó hệ thống chiết rót đóng nắp sản phẩm Hệ thống phổ biến nhà máy sản xuất Bia, nước ngọt, nước giải khát….Góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, chất lượng giá thành sản phẩm Do hiểu biết hạn chế nên tìm hiểu chúng em khơng tránh khỏi sai sót Kính mong q thầy góp ý để làm chúng em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn PHẦN 1- SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN PLC Ngày tự động hóa ngày đóng vai trị quan trọng đời sống cơng nghiệp, tự động hóa phát triển đến trình độ cao nhờ tiến lý thuyết điều khiển tự động, tiến ngành điện tử, tin học…Chính mà nhiều hệ thống điều khiển đời, phát triển mạnh có khả ứng dụng rộng Bộ điều khiển lập trình PLC Bộ điều khiển lập trình (Programmable controller) nhà thiết kế cho đời năm 1968(Công ty General Motor-Mỹ), với tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển :  Dễ lập trình thay đổi chương trình  Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì sữa chữa  Đảm bảo độ tin cậy môi trường sản xuất Tuy nhiên hệ thống đơn giản cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn việc vận hành lập trình hệ thống Vì nhà thiết kế bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đời vào năm 1969 Điều tạo phát triển thật cho kỹ thuật lập trình Trong giai đoạn hệ thống điều khiển lập trình (PLC) đơn giản nhằm thay hệ thống Relay dây nối hệ thống điều khiển cổ Qua trình vận hành, nhà thiết kế bước tạo tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang Sự phát triển hệ thống phần cứng từ năm 1975 làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ với chức mở rộng :  Số lượng ngõ vào, ngõ nhiều có khả điều khiển ngõ vào, ngõ từ xa kỹ thuật truyền thông  Bộ nhớ lớn  Nhiều loại Module chuyên dùng Trong đầu thập niên 1970, với phát triển phần mềm, lập trình PLC khơng thực lệnh Logic đơn giản mà có thêm lệnh định thì, đếm kiện, lệnh xử lý toán học, xử lý liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực Ngoài nhà thiết kế tạo kỹ thuật kết nối hệ thống PLC riêng lẻ thành hệ thống PLC chung, tăng khả hệ thống riêng lẻ Tốc độ hệ thống cải thiện, chu kỳ quét nhanh Bên cạnh đó, PLC chế tạo giao tiếp với thiết bị ngoại nhờ mà khả ứng dụng PLC mở rộng 1.1- Cấu trúc PLC PLC thiết bị cho phép thực thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn nhữ lập trình Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ nhớ PLC Điều nói PLC giống máy tính, nghĩa có vi xử lý, điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiền, liệu cổng vào để giao tiếp với đối tượng điều khiển…Như thấy cấu trúc PLC gồm thành phần sau :  Mô đun nguồn  Mô đun xử lý tín hiệu  Mơ đun vào  Mô đun  Mô đun nhớ  Thiết bị lập trình Sơ đồ PLC biểu diễn hình bên Ngồi mơ đun này, PLC cịn có mơ đun phụ trợ mô đun kết nối mạng, mô đun truyền thông, mô đun ghép nối mô đun chức để xử lý tín hiệu mơ đun kết nối với can nhiệt, mô đun điều khiển động bước, mô đun kết nối với encoder, mô đun đếm xung vào… 1.2- Các thành phần PL Trạng thái ngõ vào PLC phát lưu vào nhớ đệm,(bộ nhớ PLC gồm loại sau: ROM, EPROM, EEOROM PLC ) thực lệnh logic trạng thái chúng thơng qua chương trình trạng thái, ngõ cập nhật lưu vào nhớ đệm Sau đó, trạng thái ngõ nhớ đệm dùng để đóng/mở tiếp điểm kích hoạt thiết bị tương ứng Như vậy, hoạt động thiết bị điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình nhớ Chương trình nạp vào PLC thơng qua thiết bị lập trình chun dụng 1.3- Hoạt động PLC Bộ vi xử lý quét trạng thái đầu vào thiết bị phụ trợ, thực logic điều khiển đặt chương trình ứng dụng, thực tính tốn điều khiển đầu tương ứng PLC Các PLC hệ cuối cho phép thực phép tính số học phép tính logic, nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ.v.v Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc chương trình Chu kỳ gọi chu kỳ quét PLC, tức khoảng thời gian thực xong vòng lệnh chương trình điều khiển Chu kỳ quét minh họa hìnhsau : Chu kỳ quét PLC Khi thực quét đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ thiết bị vào cơng tấc, cảm biến,…Trạng thái tín hiệu vào lưu tạm thời váo mảng nhớ Trong thời gian quét chương trình, xử lý quét lệnh chương trình điều khiển, sử dụng trạng thái tín hiệu vào mảng nhớ để xác định đầu đáp ứng hay không Kết trạng thái đầu ghi vào mảng nhớ, PLC cấp ngắt điện cho mạch để điều khiển thiết bị ngoại vi Chu kỳ quét PLC kéo dài từ đến 25 mili giây Thời gian quét đầu vào đầu thường ngắn so với chu kỳ quét PLC 1.4- So sánh PLC S7 200 với PLC S7 1200 PHẦN 2- THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PLC S7 1200 HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP SẢN PHẨM PLC thiết bị ứng dụng rộng rãi tất lĩnh vực đời sống từ sản xuất , học tập, sinh hoạt hay lĩnh vực an ninh, quân nhằm tối ưu hóa suất khả tự động hóa hệ thống Và chúng em chọn ứng dụng sản xuất mà cụ thể hệ thống chiết rót đóng nắp chai làm đề tài nghiên cứu Đây hệ thống phổ biến nhà máy sản xuất nước ngọt, nước đóng chai, bia rượi…góp phần nâng cao hiệu chất lượng sản phẩm Các biến đầu vào đầu hệ thống: Các đầu vào SB1–SB8 Cảm biến vị trí bàn xoay Cảm biến vị trí đầu vào bàn xoay Cảm biến vị trí rót nước Cảm biến vị trí đóng nắp Cảm biến trước xilanh ép nắp Cảm biến sau xilanh ép nắp Cảm biến trước xilanh đẩy nắp 2.1- Các đầu SQ1-SQ8 Động cấp phôi Động băng tải Động bàn xoay Động bơm nước Xi lanh đẩy nắp thu Xilanh đẩy nắp Xilanh ép nắp đẩy Thiết bị sử dụng mơ hình - Module PLC S7-1200 CPU1212C + SM1223 SM1234 - Module nguồn 24V 5A Hình 2: Van lọc khí Nguyên tắc hoạt động van điều chỉnh áp suất điều chỉnh trục vít, tức điều chỉnh vị trí trục van, trường hợp áp suất đường tăng lên so với áp suất đường điều chỉnh, khí nén qua lỗ thơngtác động lên màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ngồi Cho đến chừng nào, áp suất đường giảm áp suất điều chỉnh ban đầu, vị trí kim van trở vị trí ban đầu  Van 5/2 10 Van 5/2 van có cửa vị trí : Cấu tạo van 5/2 Khi chưa cấp khí vào cửa điều khiển 14, tác dụng lực lị xo van hoạt động vị trí bên phải, lúc cửa số thơng với cửa số cửa thông với cửa 5, cửa số bị fv chặn Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển 14 van 5/2 đảo trạng thái làm cửa thông với cửa 4, cửa thông với cửa cửa bị chặn  Băng tải Mơ hình sử dụng băng tải để dẫn chai vào bàn xoay Ở đầu băng tải có đặt Mơ Tơ quay để điều khiển băng tải ta cần dùng mô tơ để kéo băng tải giúp băng tải chuyển động dễ dàng 11  Động bơm nước Ở mơ hình chiết rót đóng nắp sản phẩm có sử dụng động để bơm nước từ bình nước lên qua ống dẫn nước Bơm nước giúp giảm chi phí điện năng, điểm thăm quan lý tưởng cho mơ hình Đây hệ thống sử dụng cho bơm có cơng suất nhỏ Sau cảm biến chiết rót nhận chai vị trí động hoạt động để bơm trực tiếp vào chai thời gian delay định  Bàn xoay Bàn xoay có tác dụng đưa sản phẩm ban đầu lên băng tải 12  Bàn xoay Bàn xoay có nhiệm vụ cảm biến nhận chai, bàn xoay quay đến vị trí rót nước, sau để trễ thời gian rót nước xong bàn xoay tiếp tục quay đến cơng đoạn đóng nắp chai cuối hồn thành sản phẩm vịng xoay tiếp tục suốt đến ấn stop để dừng hoạt động mơ hình 13  Hộp panel điều khiển 2.4- Nguyên lý hoạt động hệ thống - Chai cấp tay vào bàn xoay Khi bấm nút khởi động bàn xoay quay, băng tải quay vận chuyển chai đến bàn xoay Khi cảm biến vị trí đầu vào bàn xoay SQ1 phát chai từ băng tải đưa tới Bàn xoay chạy đưa chai đến vị trí cảm biến vị trí rót nước vào chai tác động dừng bàn xoay Trễ thời gian sau bơm nước khoangr thời gian Khi bàn xoay tác động tiếp đưa chai đến vị trí thả nắp Việc phát vị trí thả nắp nhờ cảm biến phát vị trí thả năp Tại nắp thả xuống miêng chai sau xi lanh tác động đóng chặt nắp chai Tiếp sau bàn xoay tác động đưa chai chiết rót nước đóng nắp đến kho chứa sản phẩm Quá trình lặp lại bấm nút Stop 14  Lưu đồ thuật toán lấy chai Hình 11: Lưu đồ thuật tốn cấp chai 15  Lưu đồ thuật tốn bơm nước: Hình 13: Lưu đồ thuật tốn bơm nước  Lưu đồ thuật tốn đóng nắp Hình 14:Lưu đồ đóng nắp sản phẩm 16 2.5- Phần mềm Bảng phân định đầu cho PLC Bảng 1:Phân định đầu vào Tên chức Địa start I0.0 Stop I0.1 Cảm biến vị trí bàn xoay I1.0 Cảm biến vị trí đầu vào bàn xoay I1.1 Cảm biến vị trí rót nước I1.2 Cảm biến vị trí đóng nắp I1.3 Cảm biến trước xilanh ép nắp I0.4 Cảm biến sau xilanh ép nắp I0.5 Cảm biến trước xilanh đẩy nắp I0.6 Cảm biến sau xilanh đẩy nắp I0.7 Bảng 3.2 Bảng phân định đầu Tên chức Động cấp phôi Động băng tải Động bàn xoay Động bơm nước Xilanh đẩy nắp thu Xilanh đẩy nắp đẩy Xilanh ép năp đẩy Xilanh ép nắp thu Địa Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q1.0 Q1.1 17  Chương trình điều khiển điều khiển chiết rót đóng nắp sản phẩm Chương trình OB1 18 Chương trình RUN 19 20 Chương trình RESET 21 Chương trình BIẾN TRUNG GIAN 22 Quy trình vận hành hệ thống Bước 1: Đóng aptomat pha Bước 2: Bấm ON hộp nguồn để cấp điện cho tồn hệ thống Bước 3: Tải chương trình lập trình cho PLC S7-1200 Bước 4: Chạy chương trình điều khiển giám sát dùng ứng dụng Tia portal V13 Bước 5: Cho nắp vào khoang chứa nắp, cấp phôi vào vị trí bàn xoay Bước 6: Nhấn “Reset” giao diện Wincc khoảng 5s Bước 7: Nhấn “Start” giao diện Wincc Bước 8: Quá trình làm việc hiển thị phần mềm Bước 9: Bấm Stop để dừng hệ thống 23 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]Giáo trình kĩ thuật chế biến nơng sản thực phẩm (Đại học nông nghiệp 2014) [2]Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho dây chuyển sản xuất bia chai ( Đh học CN thông tin truyền thơng) [3] Nguyễn Kim Ánh, Nguyễn Mạnh Hà, Giáo trình Mạng truyền thông Công nghiệp, trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 2007 số tài liệu mạng internet www.dientuvietnam.net www.diendandientu.com www.ebook.edu.vn 24 ... khách quan PLC nhóm chúng em tìm hiểu hệ thống điều khiển cơng nghiệp thực tế Đó hệ thống chiết rót đóng nắp sản phẩm Hệ thống phổ biến nhà máy sản xuất Bia, nước ngọt, nước giải khát….Góp phần... thay hệ thống Relay dây nối hệ thống điều khiển cổ Qua trình vận hành, nhà thiết kế bước tạo tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang Sự phát triển hệ thống. .. V13 - Dây kết nối 2.2- Sơ đồ khối hệ thống Khởi Hệ Đóng động Lấy Đóng Kết thống nắp hệ chai gói thúc rót chai thống Khâu khởi động: Hệ thống bắt đầu khởi động thông qua nút ấn hay điều khiển người