Hệ thống chiết rót, dập nắp và đóng gói sản phẩm là dây chuyền được lắp đặt, thiết kế hiện đại, đạt tiêu chuẩn cao đảm bảo dây chuyền hoạt động ổn định và nâng cao hiệu quả sản xuất. Thiết bị điều khiển PLC cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển thông qua một ngôn ngữ lập trình sẵn tạo điều kiện trong công tác quản lý sản xuất và tiết kiệm nhân công. Hình 1.1 Máy chiết rót, dập nắp tự động Máy chiết rót dung dịch là một trong những sản phẩm được sử dụng phổ biến trên thị trường hiện nay, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp chiết rót mỹ phẩm, dược phẩm và thực phẩm... Máy chiết rót dung dịch là công cụ dùng để chiết một thể tích nhất định như: sản phẩm lỏng và rót vào trong chai, bình, lọ, ... Máy chiết rót được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm. Khi định lượng bằng máy giúp cải thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách chính xác. Tùy theo tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót sẽ khác nhau ở các bộ phận làm việc chính, các cơ cấu rót. 1.2. Yêu cầu chung của hê thống Tốc độ sản xuất ra 1 sản phẩm của dây chuyền phải nhanh. Giá nhân công và làm ra sản phẩm phải hạ. Chất lượng cao và ít phế phẩm. Thời gian chết của máy móc là ít và có thế là không có. Máy móc sản xuất giá rẻ. Vốn đầu tư phù hợp. Chi phí vận hành thấp. 1.3. Lựa chọn thiết bị công nghệ 1.3.1. Cảm biến tiệm cận Hình 1.2. Cảm biến tiệm cận E3FDS30C4 và sơ đồ chân Trong thiết kế sử dụng cảm biến tiệm cận E3FDS30C4 Thông số: Điện áp: 6 – 36 VDC Ngõ ra: NPN thường hở Khoảng cách phát hiện: 3 – 30 cm Số dây: 3 dây Dây nâu: VCC Dây xanh dương: GND Dây đen: tín hiệu 1.3.2. Cảm biến quang Hình 1.3. Cảm biến quang Chức năng: Cảm biến phản xạ Thông số: Phạm vi phản xạ lăng trụ 0 … 3 Có ánh sáng đỏ, độ dài sóng 624 nm Điện áp hoạt động 10 … 36 DC (V) Chuyển đổi tần số DC 1500 Hz, Tối đa đường kính điểm sáng 80mm. Cảm biến quang O5G500 có vỏ làm bằng thép không gỉ, kích thước 56 x 18,2 x 46,8 mm, trọng lượng 72 g. Hoạt động trong nhiệt độ môi trường 25..60 ° C. Đầu nối: 1 x M12. 1.3.3. Băng tải Băng tải có công dụng đưa vật từ vị trí này sang vị trí khác. Cấu tạo: Chiều dài băng tải: 1.000 – 6.000 (mm). Chiều rộng băng tải: 300 – 1.000 (mm) Tốc độ điều chỉnh phù hợp với công suất băng tải 530 (mphút). Vật liệu khung băng tải: Khung thép, Inox, khung nhôm định hình… Dây băng tải: Dây PU. Con lăn: Thép, Inox, con lăn bọc cao su … Hình 1.4. Băng tải 1.3.4. Bộ nguồn 24VDC Hình 1.5. Bộ nguồn 24VDC Bộ nguồn 24 VDC cấp nguồn cho PLC và các thiết bị sử dụng điện áp 24VDC Thông số kỹ thuật: Điện áp ngõ vào: 220 VAC Điện áp ngõ ra: 24 VDC Dòng điện ngõ ra: 7 A Công suất bộ nguồn: 150 W Hình 1.6. Cấu tạo bộ nguồn 24VDC Cấu tạo: DC Output Terminals (+V, V): Ngõ ra điện áp 24VDC Input Terminals (L, N): Ngõ vào điện áp 220 VAC Input Voltage Selector Terminals (VOLTAGE SELECT) V. ADJ Adjuster: Núm điều chỉnh điện áp ngõ ra Output Indicator (DC ON): Đèn báo ngõ ra có điện áp Remote Sensing (+S, −S) Remote Control Terminals (+RC, −RC) ACG Terminal FG Terminal: Võ thiết bị nối đất 10. NC Terminals Short Bar 1.3.5. Nút ấn
LỜI NÓI ĐẦU Như biết phái triển khoa học kỹ thuật qua thời kì lịch sử, có ảnh hưởng khơng nhỏ để thúc đẩy nên kinh tế phát triển, cụ thể ngành sản xuất công nghiệp đại Có thể nói phát triển Cơng nghệ điện tử - tin học, coi cách mạng cơng nghệ tồn giới Ở nước ta, ngành kĩ thuật điện tử - tin học ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt kĩ thuật vi xử lí Trên giới người ta sản xuất thiết bị lập trình Đó thiết bị điều khiển có lập trình Programable Logic Controlle viết tắt PLC PLC coi ứng dụng điển hình mạch vi xử lí So với q trình điều khiển mạch điện tử thơng thường PLC có nhiều ưu điểm hẳn, ví dụ như: Kết nối mạch điện đơn giản, rút ngắn thời gian lắp đặt cơng trình, dễ dàng thay đổi công nghệ nhờ việc thay đổi nội dung chương trình điều khiển, ứng dụng điều khiển phạm vi rộng, độ tin cậy cao Sự đời thiết bị điều khiển làm thay đổi suất lao động chất lượng sản phẩm rõ rệt Vì việc cải tiến phát triển thiết bị điều khiển quan tâm, để đáp ứng yêu cầu thay người môi trường độc hại, yêu cầu công nghệ địi hỏi xác tuyệt đối Trong q trình học tập làm việc trường, tìm hiểu điều khiển, em giao đề tài tốt nghiệp với nội dung: “Thiết kế hệ thống điều khiển chiết rót tự động sử dụng WinCC PLC S7-1200” Bản đồ án hoàn thành với hướng dẫn trực tiếp nhiệt tình thầy giáo Nguyễn Văn Tuấn thầy cô giáo giúp đỡ em nhiệt tình, với nỗ lực thân Em hoàn thành đề tài giao Do hạn chế thời gian kinh nghiệm thực tế không nhiều, nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Rất mong đóng góp ý kiến quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp đồ án hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Tp.Vinh, ngày…tháng … năm 2022 Sinh viên thực CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RĨT 1.1 Khái niệm Hệ thống chiết rót, dập nắp đóng gói sản phẩm dây chuyền lắp đặt, thiết kế đại, đạt tiêu chuẩn cao đảm bảo dây chuyền hoạt động ổn định nâng cao hiệu sản xuất Thiết bị điều khiển PLC cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển thơng qua ngơn ngữ lập trình sẵn tạo điều kiện công tác quản lý sản xuất tiết kiệm nhân cơng Hình 1.1 Máy chiết rót, dập nắp tự động Máy chiết rót dung dịch sản phẩm sử dụng phổ biến thị trường nay, đặc biệt ngành công nghiệp chiết rót mỹ phẩm, dược phẩm thực phẩm Máy chiết rót dung dịch cơng cụ dùng để chiết thể tích định như: sản phẩm lỏng rót vào chai, bình, lọ, Máy chiết rót sử dụng rộng rãi nhiều ngành sản xuất thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm Khi định lượng máy giúp cải thiện điều kiện vệ sinh, đảm bảo suất cao định lượng sản phẩm cách xác Tùy theo tính chất chất lỏng, máy chiết rót khác phận làm việc chính, cấu rót 1.2 Yêu cầu chung thống - Tốc độ sản xuất sản phẩm dây chuyền phải nhanh - Giá nhân công làm sản phẩm phải hạ - Chất lượng cao phế phẩm - Thời gian chết máy móc khơng có - Máy móc sản xuất giá rẻ - Vốn đầu tư phù hợp - Chi phí vận hành thấp 1.3 Lựa chọn thiết bị cơng nghệ 1.3.1 Cảm biến tiệm cận Hình 1.2 Cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4 sơ đồ chân Trong thiết kế sử dụng cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4 Thông số: - Điện áp: – 36 VDC - Ngõ ra: NPN thường hở - Khoảng cách phát hiện: – 30 cm - Số dây: dây - Dây nâu: VCC - Dây xanh dương: GND - Dây đen: tín hiệu 1.3.2 Cảm biến quang Hình 1.3 Cảm biến quang Chức năng: Cảm biến phản xạ Thông số: Phạm vi phản xạ lăng trụ … Có ánh sáng đỏ, độ dài sóng 624 nm Điện áp hoạt động 10 … 36 DC (V) Chuyển đổi tần số DC 1500 Hz, Tối đa đường kính điểm sáng 80mm Cảm biến quang O5G500 có vỏ làm thép khơng gỉ, kích thước 56 x 18,2 x 46,8 mm, trọng lượng 72 g Hoạt động nhiệt độ môi trường -25 60 ° C Đầu nối: x M12 1.3.3 Băng tải Băng tải có cơng dụng đưa vật từ vị trí sang vị trí khác Cấu tạo: - Chiều dài băng tải: 1.000 – 6.000 (mm) - Chiều rộng băng tải: 300 – 1.000 (mm) - Tốc độ điều chỉnh phù hợp với công suất băng tải 5-30 (m/phút) - Vật liệu khung băng tải: Khung thép, Inox, khung nhơm định hình… - Dây băng tải: Dây PU - Con lăn: Thép, Inox, lăn bọc cao su … Hình 1.4 Băng tải 1.3.4 Bộ nguồn 24VDC Hình 1.5 Bộ nguồn 24VDC Bộ nguồn 24 VDC cấp nguồn cho PLC thiết bị sử dụng điện áp 24VDC Thông số kỹ thuật: - Điện áp ngõ vào: 220 VAC - Điện áp ngõ ra: 24 VDC - Dòng điện ngõ ra: A - Cơng suất nguồn: 150 W Hình 1.6 Cấu tạo nguồn 24VDC Cấu tạo: - DC Output Terminals (+V, -V): Ngõ điện áp 24VDC - Input Terminals (L, N): Ngõ vào điện áp 220 VAC - Input Voltage Selector Terminals (VOLTAGE SELECT) - V ADJ Adjuster: Núm điều chỉnh điện áp ngõ - Output Indicator (DC ON): Đèn báo ngõ có điện áp - Remote Sensing (+S, −S) - Remote Control Terminals (+RC, −RC) - ACG Terminal - FG Terminal: Võ thiết bị nối đất - 10 NC Terminals - Short Bar 1.3.5 Nút ấn Hình 1.7 Nút ấn Thơng số kỹ thuật: - Model: LA38-11 - Loại nút nhấn không tự giữ - Đường kính lỗ gắn: 22mm - cặp tiếp điểm: NO, NC - Điện áp tối đa: 380 VAC - Dòng điện tối đa: 10 A 1.3.6 Relay thời gian Hình 1.8 Relay thời gian Cấu tạo từ nam châm điện có tiếp điểm NO NC Ưu điểm: - Số lượng tiếp điểm lớn - Mức điện áp đa dạng - Chuyển mạch lớn với công xuất nhỏ Nguyên lý hoạt động Ở trạng thái bình thường, chưa cấp nguồn cho relay tiếp điểm NC đóng NO mỡ Khi cấp nguồn, cuộn hút trở thành nam châm điện hút xuống làm cho tiếp điểm NC mở NO đóng lại CHƯƠNG : GIỚI THIỆU PLC -1200/1500 VÀ WINCC 2.1 Giới thiệu chung 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 cịn 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 2.2 Giới thiệu PLC S7-1200 2.2.1 Giới thiệu chung PLC S7-1200 ( Promamable Logic Controller) kết hợp I/O lựa chọn cấp nguồn, bao gồm module cấp nguồn VAC – VDC - nguồn với kết hợp I/O DC Relay Các module tín hiệu để mở rộng I/O module giao tiếp dễ dàng kết nối với mặt điều khiển Tất phần cứng Simatic S7-1200 gắn DIN rail tiêu chuẩn hay trực tiếp bảng điều khiển, giảm khơng gian chí phí lắp đặt Các module tín hiệu có model đầu vào, đầu kết hợp loại 8,16, 32 điểm hỗ trợ tín hiệu I/O DC, relay analog Bên cạnh đó, bảng tín hiệu tiên tiến có I/O số kênh hay I/O analog kênh gắn đằng trước điều khiển S71200 cho phép nâng cấp I/O mà khơng cần thêm khơng gian Thiết kế mở rộng giúp điều chỉnh ứng dụng từ 10_I/O đến tối đa 284_I/O, với khả tương thích chương trình người sử dụng nhằm tránh phải lập trình lại chuyển đổi sang điều khiển lớn Các đặc điểm khác: nhớ 50 KB với giới hạn liệu người sử dụng liệu chương trình, đồng hồ thời gian thực, 16 vòng lặp PID với khả điều chỉnh tự động, cho phép điều khiển xác định thơng số vịng lặp gần tối ưu cho hầu hết ứng dụng điều khiển q trình thơng dụng Simatic S71200 có cổng giao tiếp Ethernet 10/100 Mbit tích hợp với hỗ trợ giao thức Profinet cho lập trình, kết nối HMI/SCADA hay nối mạng PLC với PLC 2.2.2 Đặc điểm PLC S7-1200 Năm 2009, Siemens dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay dần cho S7200 So với S7-200 S7-1200 có tính trội: - S7-1200 dòng điều khiển logic lập trình (PLC) kiểm sốt nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp tập lệnh mạnh làm cho có giải pháp hoàn hảo cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 - S7-1200 bao gồm microprocessor, nguồn cung cấp tích hợp sẵn, đầu vào/ra (DI/DO) - Một số tính bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU chương trình điều khiển: Tất CPU cung cấp bảo vệ password chống truy cập vào PLC Tính “know-how protection” để bảo vệ block đặc biệt S7 1200 cung cấp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet TCP/IP Ngồi bạn dùng module truyền thong mở rộng kết nối RS485 RS232 - Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình FBD, LAD SCL Phần mềm tích hợp TIA Portal 11 Siemens - Vậy để làm dự án với S7-1200 cần cài TIA Portal phần mềm bao gồm mơi trường lập trình cho PLC thiết kế giao diện HMI 2.2.3 Phân loại Việc phân loại S7-1200 dựa vào loại CPU mà trang bị: Các loại PLC thông dụng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C Thơng thường S7-1200 phân làm loại chính: Loại cấp điện220VAC: - Ngõ vào: Kích hoạt mức cấp điện áp +24VDC(từ 15VDC – 30VDC) - Ngõ ra:Relay - Ưu điểm loại dùng ngõ Relay Do sử dụng ngõ nhiều cấp điện áp khác (có thể sử dụng ngõ 0V, 24V, 220V…) - Tuy nhiên, nhược điểm ngõ Relay nên thời gian đáp ứng không nhanh cho ứng dụng biến điệu độ rộng xung, Output tốc độcao… Loại cấp điện áp 24VDC: - Ngõ vào: Kích hoạt mức cấp điện áp +24VDC (từ 15VDC - 30VDC) - Ngõ ra: Transistor - Tuy nhiên, nhược điểm loại ngõ transistor nên sử dụng cấp điện áp 24VDC, gặp rắc rối ứng dụng có cấp điện áp khác Trong trường hợp này, phải thông qua Relay 24VDC đệm