Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RỐT VÀ ĐÓNG NĂP CHAI TỰ ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: ThS Trương Thu Hiền Sinh viên thực : Trần Thanh Long MSSV : 1611050069 Lớp : 16DTDE1 Sinh viên thực : Bùi Duy Quý MSSV : 1711020364 Lớp : 17DDCA2 TP Hồ Chí Minh, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Giảng viên hướng dẫn: ThS Trương Thu Hiền Sinh viên thực : Trần Thanh Long MSSV : 1611050069 Lớp : 16DTDE1 Sinh viên thực : Bùi Duy Quý MSSV : 1711020364 Lớp : 17DDCA2 TP Hồ Chí Minh, 2021 BM01/QT05/ĐT-KT VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ: CQ (CQ, LT, B2, VLVH) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số nhóm: ): (1) Trần Thanh Long MSSV: 1611050069 Lớp: 16DTDE1 Điện thoại: 0983095321 Email: tranlong191998@gmail.com (2) Bùi Duy Quý MSSV: 1711020364 Lớp: 17DDCA2 Điện thoại: 0932422350 Email: duyquy104@gmail.com Ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa, điện cơng nghiệp Chun ngành : Tự động hóa, điện cơng nghiệp Tên đề tài đăng ký : Thiết kế hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động Sinh viên hiểu rõ yêu cầu đề tài cam kết thực đề tài theo tiến độ hoàn thành thời hạn TP HCM, ngày 13 tháng 08 năm 2021 Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Trương Thu Hiền Bùi Duy Quý Trần Thanh Long LỜI CAM ĐOAN Chúng xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu đồ án tốt nghiệp “ Thiết kế hệ thống chiết rót chai đóng nắp chai tự động ” trung thực khơng có chép hay sử dụng đề tài bảo vệ học vị Tất thành đồ án tiến hành dựa vào cố gắng, nghiên cứu trình học tập trường lực thành viên nhóm hướng dẫn tận tình, tâm đức Cơ ThS Trương Thu Hiền LỜI CẢM ƠN Để đạt thành ngày hôm nay, chúng em chân thành cảm ơn sâu sắc đến tồn thể thầy (cơ) Viện kỹ thuật Trường Đại Học Cơng Nghệ TP Hồ Chí Minh tận tình dạy suốt trình học tập trường Đó kiến thức quý báu làm tảng cho việc hoàn thành đồ án đồng thời móng vững để sau tiếp tục học tập lao động xã hội Xin chân thành cảm ơn Cô ThS Trương Thu Hiền người hướng dẫn người tận tình bảo, góp ý định hướng cho chúng em suốt thời gian làm Đồ Án Tốt Nghiệp Xin chân thành cảm ơn người thân giúp đỡ động viên trình học tập thực đồ án tốt nghiệp Đồng thời cảm ơn thư viện trường đại học cơng nghệ TP Hồ Chí Minh cung cấp cho em tài liệu đồ án Cuối kinh nghiệm kiến thức cịn hạn chế, khả tiếp thu cịn giới hạn nên khơng thể trách sai sót, chúng em mong nhận quan tâm giúp đỡ thầy (cô) để đồ án đầy đủ hoàn thiện Chúng em chân thành cảm ơn! TP Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2021 Nhóm sinh viên thực Trần Thanh Long Bùi Duy Quý TÓM TẮT Đề tài tốt nghiệp đề cập đến thiết kế giao diện để điều khiển, giám sát thu thập liệu từ xa cho hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động Giao diện thiết kế phần mềm WinCC hãng Siemens với thiết kế đẹp mắt đầy đủ tính cần thiết cho người vận hành người giám sát hệ thống Khóa luận hướng dẫn cụ thể bước để bạn khóa sau tham khảo lập trình WinCC cách dễ dàng Mơ hình điều khiển thơng 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 vào ra, hệ thống mâm xoay, van điện tử, hệ thống cấp nắp, vặn nắp Các cảm biến khác bao gồm cảm biến quang để xác định vị trí chai, cảm biến tiệm cận để xác định đóng nắp chai, hệ thống khí nén sử dụng Băng tải mâm xoay bị hạn chế, xảy tượng chai vào dễ bị kẹt vào Do nhiều khó khăn kinh phí khơng cho phép nên mơ hình chưa hoàn thiện mong muốn Hy vọng quý bạn đọc tìm hiểu đề tài để phục vụ cho nhu cầu cần thiết học tập hay trình làm nhà máy có sử dụng SCADA để phục vụ q trình sản xuất cơng ty, trình học tập tiếp thu kiến thức MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VI DANH MỤC BẢNG VII DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ VIII LỜI MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Tình hình nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Kết cấu đồ án Chương GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu chung tự động hóa 1.1.1 Tổng quan 1.1.2 Vai trò ý nghĩa hệ thống tự động hóa 1.1.3 Khó khăn việc ứng dụng hệ thống tự động hóa 1.1.4 Các điều khiển dùng tự động hóa .6 1.2 Giới thiệu hệ thống chiết rót chai tự động i 1.2.1 Giới thiệu chung .8 1.2.2 Chức hệ thống phạm vi ứng dụng thực tiễn Chương .10 TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 10 2.1 Những dây chuyền chiết rót 10 2.2 Các loại mâm xoay thông dụng 11 2.2.1 Mâm xoay dẫn chai, lọ 11 2.2.2 Mâm xoay cấp chai, lọ 12 2.2.3 Mâm xoay tầng giữ cổ chai 13 2.3 Thiết bị vận tải 13 2.3.1 Tổng quan thiết bị vận tải 13 2.3.2 Tổng quan cấu truyền động 14 2.3.3 Các loại băng tải thông dụng 14 2.4 Các công nghệ dây chuyền chiết rót đóng nắp 20 2.4.1 Chiết nước vào chai 20 2.4.2 Bộ phận đóng nắp chai 22 2.4.3 Cảm biến dùng dây chuyền chiết rót 23 2.5 Tổng quan PLC S7-1200 25 2.5.1 Khái niệm chung PLC S7-1200 25 2.5.2 Một số dịng CPU S7-1200 thơng dụng 26 2.5.3 Nguyên lý hoạt động PLC 27 ii 2.5.4 Module phần cứng PLC S7-1200 30 2.5.5 Vùng nhớ, kiểu liệu địa PLC S7-1200 36 2.6 Ngơn ngữ lập trình .40 Chương .41 PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 41 3.1 Yêu cầu hệ thống 41 3.2 Lựa chọn chai nước chiết rót 41 3.3 Mâm xoay 42 3.4 Cơ cấu máng nắp chai 43 3.5 Cơ cấu vặn nắp chai .44 3.6 Bồn chứa nước 44 3.7 Băng tải 45 Chương .47 QUY TRÌNH THIẾT KẾ 47 4.1 Tính tốn lựa chọn động 47 4.1.1 Động mâm xoay 47 4.1.2 Động băng tải 48 4.1.3 Động điện chiều 50 4.2 Tính tốn thiết kế hệ thống điều khiển 51 4.2.1 Cảm biến 51 4.2.2 Nút nhấn 53 iii 4.2.3 Đèn báo 55 4.2.4 Bộ nguồn tổ ong 56 4.2.5 Nguồn tổ ong 24VDC 57 4.2.6 Nguồn tổ ong 12VDC 58 4.2.7 Van điện từ 58 4.2.8 Các thiết bị đóng ngắt 60 4.2.9 Chọn PLC .63 4.2.10 Dây cáp điện 64 4.2.11 Đầu cosse 65 4.2.12 Dây quấn ruột 65 4.2.13 Tủ điện 66 4.2.14 Khí nén 67 4.3 Mơ hình hồn chỉnh 67 Chương .71 THI CÔNG 71 5.1 Lưu đồ giải thuật sơ đồ kết nối 71 5.1.1 Lưu đồ giải thuật 71 5.1.2 Sơ đồ kết nối 72 5.2 Chương trình điều khiển 76 5.2.1 Các bước khởi tạo SIMATIC TIA PORTAL V15 76 5.3 Điều khiển giám sát qua WinCC 81 5.3.1 Các bước khởi tạo WinCC Runtime Advanced 81 5.3.2 Các bước khởi tạo hiệu ưng 83 iv Hình 5.21 Xuất hiệu ứng chỉnh màu Tiếp đến ta chọn Tag muốn xuất hiệu ứng chỉnh màu Hình 5.22 Hồn thành nút nhấn Tương tự ta tạo hiệu ứng tắt mở cho nút nhấn khác 85 Hình 5.23 Tạo động Hình 5.24 Thay đổi hình ảnh Ta thay đổi nhiều hình ảnh khác phím Alt+Enter Tạo hiệu ứng tương tự nút nhấn 86 Hình 5.25 Tạo hiệu ứng chuyền động Hình 5.26 Tạo hiệu ứng chuyền động 87 Hình 2.27 Hồn thành hiệu ứng 5.3.3 Giao diện giám sát điều khiển Hình 5.28 Giao diện WinCC 88 Hình 5.29 Giao diện WinCC rót nước Hình 5.30 Giao diện WinCC hạ xilanh đóng nắp 89 Chương ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ - KẾT LUẬN 6.1 Ưu nhược điểm 6.1.1 Ưu điểm - Thực đủ công đoạn hệ thống - Bộ phận rót, cấp nắp, vặn nắp hoạt động hiệu - Băng tải mâm xoay chạy liên tục đảm bảo xuất tuổi thọ 6.1.2 Nhược điểm - Độ hồn thiện mơ hình sản phẩm thấp ( thiếu số chi tiết ) - Thể tích rót nước vào chai chưa đạt độ xác - Vẫn cần tác động từ người để đưa chai vào - Mâm xoay thiết kế chai sử dụng chai nước - Cơng suất động đóng nắp lớn cơng suất chọn 6.2 Kết 6.2.1 Kết đạt Sau tháng nghiên cứu thực đồ án hướng dẫn Cô ThS Trương Thu Hiền, nhóm hồn thành điều sau: - Xây dựng mơ hình mơ hoạt động hệ thống đóng nắp chiết rót - Kết nối điều khiển thiết bị hệ thống - Lập trình PLC cho hệ thống chạy hoàn chỉnh - Thiết kế giao diện giám sát 6.2.2 Kết chưa đạt Với thời gian, kiến thức kinh nghiệm thực tế hạn chế, nhóm nghiên cứu cịn số điều chưa đạt sau: - Chưa đảm bảo mức độ xác thiết bị 90 - Mơ hình mang tính chất tham khảo vị trí vận hành - Hệ thống giám sát điều khiển hạn chế 6.3 Kết luận hướng phát triển 6.3.1 Kết luận - Sau thời gian nghiên cứu thực đề tài tốt nghiệp với nỗ lực nhóm giúp đỡ Trương Thu Hiền, đến nhóm hồn thành đầy đủ cơng việc đề tài, qua thu kết sau: + Vận hành mơ hình thực tế thành cơng + Có thêm hiểu biết cấu vận hành, phần tử truyền động hệ thống ứng dụng chúng + Xây dựng thành cơng chương trình điều khiển cơng đoạn chiết rót hệ thống sản xuất tự động công nghiệp 6.3.2 Hướng phát triển: - Thêm thiết bị bảo vệ để tránh hư hỏng tác động bên - Thêm cấu cố định chai trình vặn nắp mâm xoay - Sử dụng cảm biến lưu lượng để xác định xác lượng nước rót vào chai - Sử dụng cảm biến có độ xác cao q trình phát vật thể - Sử dụng cánh tay robot gắp chai ra, xếp chai vào thùng, đóng gói tự động - Cải thiện phần khí hệ thống tốt để tăng thêm độ xác - Hệ thống camera kết hợp xử lý ảnh để đếm sản phẩm phát lỗi 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt (1) Trần Văn Hiếu (2019), Sách “Tự động hóa PLC S7 - 1200 với TIA Portal”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Tp HCM, 470 trang (2) Trần Văn Hiếu (2019), Sách “Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA Portal”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Tp HCM, 394 trang Tiếng Anh (3) Siemens AG (2019), “S7-1200 Programmable controller”, System Manual, 1597 pages (4) Siemens S7 – 1200 (2014), “Basics on Creating HTMLs for SIMATIC CPUs”, 42 pages Internet (5) https://maymienbac.com/tin-tuc/may-chiet-rot-dinh-luong-la-gi/ (6) https://www.rtautomation.com/technologies/modbus-rtu/ (7) https://new.siemens.com/vn/en.html (8) https://dientuvietnam.com.vn (9) https://bangtai24h.com/ (10) https://www.tokopedia.com/ciptakarya3d/jgb37-550-metal-gearmotor-dc-6v-12v-with-gearbox-high-torque-micro-dc-6vdc380rpm?whid=0 (11) file:///C:/Users/ASUS/Downloads/2.ZD%20motor%20%20AC&DC%20GEAR%20MOTOR.pdf (12) https://nshopvn.com/product/dong-co-giam-toc-hanh-tinh-ws42gx775r-24v/ 92 PHỤ LỤC *** Code PLC Siemen S7 – 1200: A Chương trình điều khiển: Hình 1* : Chương trình điều khiển Hình 2* : Chương trình điều khiển 93 Hình 3* : Chương trình điều khiển Hình 4* : Chương trình điều khiển 94 Hình 5* : Chương trình điều khiển Hình 6* : Chương trình điều khiển 95 Hình 7* : Chương trình điều khiển Hình 8* : Chương trình điều khiển 96 Hình 9* : Chương trình điều khiển Hình 10* : Chương trình điều khiển 97 Hình 11* : Chương trình điều khiển Hình 12* : Chương trình điều khiển 98 Hình 13* : Chương trình điều khiển Hình 14* : Chương trình điều khiển 99