Thiết kế mô hình chiết rót

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ MƠ HÌNH CHIẾT RĨT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS VÕ THỊ BÍCH NGỌC Sinh viên thực : MSSV: Lớp: Phạm Hồng Cường 1811051629 18DTDA2 Nguyễn Đình Hiển 1811051650 18DTDA2 Lê Vĩ Khang 1811050234 18DTDA2 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong báo cáo đề cập đến thiết kế giao diện để điều khiển, giám sát thu thập liệu từ dây chuyền chiết rót đóng nắp chai Dây chuyền điều khiển thông qua PLC S7-1200 Siemens loại PLC cao cấp Siemens sử dụng rộng rãi khu công nghiệp tự động vừa lớn với yêu cầu ổn định chất lượng cao Mơ hình điều khiển thiết kế đơn giản với băng tải có chức vận chuyển chai, hệ thống vịi chiết rót, hệ thống cấp nắp, vặn nắp, mâm xoay hệ thống phân loại chai đóng nắp Trong mơ hình nhóm sử dụng cảm biến quang để xác định vị trí chai, cảm biến lưu lượng để xác định lượng nước chiết rót, với loại động hệ thống khí nén sử dụng Thông qua đồ án tốt nghiệp nhóm tác giả hiểu bước thiết kế giao diện để điều khiển, giám sát thu thập liệu từ dây chuyền chiết rót phần mềm WinCC, việc phân quyền người dùng WinCC, thiết kế giao diện từ thư viện, tạo nút nhấn, hiển thị tín hiệu, chuyển đổi file ảnh khác … Do điều kiện kinh phí khơng cho phép nên mơ hình chưa hồn thiện mong muốn Tuy nhiên, nhóm tác giả tích lũy thêm nhiều kiến thức để phục vụ cho nhu cầu học tập hay trình làm nhà máy có sử dụng SCADA iii TOPIC SUMMARY In this report, the interface design will be mentioned to control, monitor and collect data from the bottle filling and capping line The line is controlled via Siemens PLC S7-1200, which is also a high-class PLC from Siemens widely used in medium and large automatic industrial parks with stable and high quality requirements The control model is simple design with a conveyor with function of transporting bottles, systems of filling nozzles, system of feeding cap, screwing cap, turntable and sorting system of closed bottles In this model, the team uses optical sensors to locate bottles, flow sensors to determine the amount of water to be filled, along with types of motors and pneumatic systems are also used Through this graduation project, the authors understand the steps of interface design to control, monitor and collect data from the filling line using WinCC software, user authorization in WinCC, interface design view from the gallery, create buttons, display signals, switch between different image files Due to conditions and funding, the model has not been completed as expected However, the author group has also accumulated more knowledge to be able to serve the needs of further study or during work at factories using SCADA iv MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỀ TÀI iii MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Giới thiệu hệ thống tự động 2.1.1 Tổng quát 2.1.2 Vai trò hệ thống tự động 2.1.3 Khó khăn việc ứng dụng hệ thống tự động 2.2 Các thiết bị sử dụng thị trường 2.2.1 Thiết bị thủ công 2.2.2 Thiết bị tự động 2.3 Mục tiêu 2.4 Đề xuất giải pháp CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 3.2 Lựa chọn thiết bị 3.2.1 PLC S7 1214C 3.2.2 Động bước, hộp số hành tinh drive step motor 10 3.2.3 Cảm biến quang phát vật cản NPN E3F- DS30C4 12 3.2.4 Xi lanh khí nén 13 3.2.5 Solenoid khí nén AIRTAC 4V110-06 15 3.2.6 Máy bơm 16 3.2.7 Động giảm tốc 52rpm 17 3.2.8 Động giảm tốc DCM TG38 17 3.2.9 Cảm biến lưu lượng nước SEA YF-S402B 18 3.2.10 Module Driver điều khiển động DC L298N 20 v 3.2.11 Mạch opto cách ly kênh PC817 21 3.2.12 Mạch giảm áp DC XL4015 23 3.3 Tính tốn phần khí 24 3.3.1 Băng tải 24 3.3.2 Mâm xoay 25 3.3.3 Máng cấp nắp 28 3.3.4 Gá đỡ cấu vặn nắp 28 3.3 Thiết kế hệ thống rót nước PID 29 3.4.Bản vẽ kết nối mạch điện 29 3.5.Lưu đồ giải thuật (Flowchart) 34 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 36 4.1.Thi công phần cứng 36 4.1.1.Thi công băng tải 36 4.1.2.Thi công mâm xoay 37 4.1.3.Thi công bồn nước lắp đặt cảm biến lưu lượng 38 4.1.4Thi công xi lanh phân loại 39 4.1.5.Thi công tủ điện 39 4.1.6.Hoàn thiện phần cứng 40 4.2.1 Cấu hình thiết bị 41 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 43 5.1 Kết đạt 43 5.2 Mô hình thực tế 43 5.3 Chạy thử nghiệm hệ thống 44 5.4 Giao diện SCADA WINCC 45 5.5.Giao diện giám sát PID_Compact: 46 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 47 6.1 Kết luận 47 6.2 Hạn chế 47 6.3 Hướng phát triển 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 PHỤ LỤC 50 Thiết lập PLC tag TIA Portal 50 Code chương trình 52 Chương trình chiết rót 56 vi Chương trình phân loại 58 Chương trình RESET 59 Chương trình HSC 60 7.Chương trình Cyclic interrupt 61 8.HMI tag 62 9.Thiết lập cấu hình cho khối xung PTO (Pulse Train Output) để điều khiển động bước 63 10.Thiết lập HSC (High-speed counter) để đọc giá trị cảm biến lưu lượng 66 11.Thiết lập cấu hình cho khối xung PWM (Pulse Width Modulation) để điều khiển máy bơm nước 68 vii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hình ảnh dây chuyền sản xuất nước giải khát Coca Cola Hình 2.1: Mơ hình mơ hệ thống chiết rót Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Hình 2: PLC S7 1200 DC/DC/DC Hình 2: PLC S7 1200 DC/DC/DC 10 Hình 3.3: Động bước SANYO DENKI 103H7126-0740 10 Hình 4: Hộp số hành tinh NEMA 11 Hình 3.5: Drive TB6600 12 Hình 6: Cảm biến phát vật NPN 13 Hình 3.7: Xi Lanh Khí Nén SMC CQ2W-Z .14 Hình 8: Xi Lanh Khí Nén AIRTAC SC20-250 15 Hình 3.9: Solenoid khí nén AIRTAC 4V110-06 16 Hình 10: Máy bơm 24VDC FMWB 1600 16 Hình 11: Động giảm tốc 52 rpm 17 Hình 12: Động giảm tốc DCM TG38 18 Hình 12: Cảm biến lưu lượng YS-S402B .19 Hình 14: Dạng sóng đầu cảm biến lưu lượng nước Sea YF-B402B 20 Hình 16: Module điều khiển động DC L298N .20 Hình 17: Mạch opto cách ly kênh PC817 22 Hình 18: Sơ đồ mạch opto cách ly kênh PC817 23 Hình 19: Mạch giảm áp DC XL4015 23 Hình 20: Thiết kế băng tải phần mềm solidworks .25 Hình 21: Mâm 26 Hình 22: Dẫn hướng 26 Hình 23: Mâm .27 Hình 24: Dẫn hướng .27 Hình 25: Máng cấp nắp 28 Hình 26: Gá đỡ cấu vặn nắp .29 viii Hình 27: Bản vẽ kết nối PLC với thiết bị ngoại vi 30 Hình 28: Power supply 31 Hình 29: Input .31 Hình 30: Output 32 Hình 31 : PLC S7-1200 CPU 1214 DC/DC/DC 32 Hình 32: Mạch điện tử hệ thống .33 Hình 33: Lưu đồ giải thuật hệ thống .34 Hình 1: Gia cơng Rulo 36 Hình 2: Khung băng tải 36 Hình 3: Thiết kế gối đỡ vòng bi 37 Hình 4: Lắp rắp mâm xoay 37 Hình 5: Cố đình động bước với khung mơ hình 37 Hình 6: Gia cơng vịi nước vị trí đặt máy bơm 38 Hình 8: Xi lanh phân loại 39 Hình 10: Đấu dây đèn nút nhấn 39 Hình 9: Đấu dây tủ điện .39 Hình 11: Đấu dây cho module điện tử 40 Hình 12: Mơ hình chiết rót đóng nắp chai hồn thiện 41 Hình 13: Kết nối PLC Máy tính .41 Hình 14: Thiết kế giao diện điều khiển hình giám sát 42 Hình 1: Hồn thiện mơ hình thực tế 43 Hình 2: Hệ thống chiết rót .44 Hình 3: Xylanh phân loại 45 Hình 4: Mơ hình chiết rót phân loại chai SCADA 45 Hình 5: Giao diện giám sát PID_Compact 46 ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1: Thông tin CPU 1214C Bảng 2: Thông số kĩ thuật Xi Lanh Khí Nén SMC CQ2W-Z 15 Bảng 3: Bảng địa PLC .31 x CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, với phát triển ngày nhanh xã hội, nhu cầu người tăng lên theo cấp số nhân Tất nhân tố thúc đẩy cạnh tranh doanh nghiệp lên cao hết Nhằm mục đích giảm thiểu chi phí để hạ giá thành sản phẩm, doanh nghiệp phải tìm cách để tăng tối đa hiệu làm việc, tăng suất, tăng chất lượng sản phẩm,… Và cách sử dụng nhiều ứng dụng hệ thống điều khiển vào quy trình sản xuất Hệ thống điều khiển coi nước thông minh nhà sản xuất chiến lược cắt giảm nhân cơng sản xuất, đại hóa quy trình, loại bỏ bớt thiếu sót nhân cơng sản xuất dây chuyền trực tiếp tăng chất lượng sản phẩm Để làm vậy, hệ thống điều khiển yêu cầu phải đưa vào quy trình sản xuất xí nghiệp, nhà máy với độ tin cậy cao, hoạt động ổn định, hư hỏng tối đa hóa xác Ngồi ra, hệ thống điều khiển cịn phải có khả xử lý, kiểm sốt cố tự khắc phục cố, sai sót xảy vận hành Sau hình ảnh ví dụ hệ thống sản xuất dùng công nghiệp nhà máy nay: Hình 1.1: Hình ảnh dây chuyền sản xuất nước giải khát Coca Cola Chương trình RESET 59 Chương trình HSC 60 7.Chương trình Cyclic interrupt 61 8.HMI tag 62 9.Thiết lập cấu hình cho khối xung PTO (Pulse Train Output) để điều khiển động bước • Bước 1: Tạo hệ trục Axis, ta vào Technology objects => Add new object 63 • Bước 2: Chọn xung đơn vị khoảng cách • Bước 3: Chọn kiểu phát xung, chân phát xung chân điều khiển chiều động PLC 64 • Bước 4: Chọn số xung cho vịng quay động bước • Bước 5: Chọn tốc độ khởi động, tốc độ cực đại, thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc cho động 65 10.Thiết lập HSC (High-speed counter) để đọc giá trị cảm biến lưu lượng • Bước 1: Kích hoạt HSC cho PLC, ta vào Device Configuration => Properties => General => HSC1 => General => chọn ô Enable • Bước 2: Cấu hình Function 66 • Bước 3: Cấu hình Hardware inputs => chọn kênh đọc tín hiệu • Bước 4: Ghi nhớ địa để truy xuất lập trình • Bước 5: Chọn lọc tín hiệu vào, giá trị lọc nhỏ, tín hiệu đọc xác Ta vào Digital inputs => Channel6 => Chọn giá trị Input filters 67 11.Thiết lập cấu hình cho khối xung PWM (Pulse Width Modulation) để điều khiển máy bơm nước • Bước 1: Kích hoạt PWM cho PLC, ta vào Device Configuration => Properties => General => Pulse generators => PTO2/PWM2 (Vì PTO1 dùng cho động bước) => General => chọn ô Enable • Bước 2: Thiết lập thông số PWM 68 • Bước 3: Chọn kênh phát xung PWM • Bước 4: Ghi nhớ địa để truy xuất lập trình 69 11.Thiết lập ngắt PID • Bước 1: Tạo block Cyclic interrupt • Bước 2: Tạo PID object, ta vào Technology objects => Add new object => PID => PID_Compact => OK 70 • Bước 3: Thiết lập đối tượng ngắt, đơn vị chế độ Ta vào PID_Compact vừa tạo => Configuration => Basic settings • Bước 4: Chọn loại ngõ cho điều khiển • Bước 5: Chọn giá trị xử lí cho điều khiển 71 • Bước 6: Chọn điều khiển • Bước 7: Theo dõi q trình xử lí điều khiển, ta vào Commission => Start Sampling time (thời gian lấy mẫu) => Start Pretuning (Dị thơng số) PLC tự dị thơng số đưa số phù hợp 72 73 ... điện 40 Hình 12: Mơ hình chiết rót đóng nắp chai hồn thiện 4.2 .Thiết kế giao diện điều khiển 4.2.1 Cấu hình thiết bị Hình 13: Kết nối PLC Máy tính 41 4.2.2 Thiết kế giao diện điều khiển hình giám... Hình 13: Kết nối PLC Máy tính .41 Hình 14: Thiết kế giao diện điều khiển hình giám sát 42 Hình 1: Hồn thiện mơ hình thực tế 43 Hình 2: Hệ thống chiết rót .44 Hình 3:... thống chiết rót, đóng nắp chai tự động” để nhằm góp phần hạn chế hạn chế sức lao động người 2.4 Đề xuất giải pháp Hình 2.1: Mơ hình mơ hệ thống chiết rót - Phần khí mơ hình phải thiết kế chắn