GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Đặt vấn đề
Sản phẩm sản xuất được bảo quản trong chai lọ, ngoài sự bảo quản của các hóa chất (nếu có) thì phải được đóng gói, đóng nắp một cách kỹ lưỡng an toàn nhằm để đảm bảo sản phẩm một cách tốt nhất đến tay người tiêu dùng, và hiện nay sản phẩm đóng chai được sản xuất ngày càng nhiều phục vụ nhu cầu ngày càng cao của xã hội,một phần do sản phẩm đóng chai được bảo quản tốt hơn, gọn hơn, bắt mắt hơn, an toàn hơn và có thể để được lâu hơn so với sản phẩm đóng hộp hay bao nilon…Nên các sản phẩm đóng chai ngày càng được sản xuất nhiều hơn Và tất nhiên song song với nó các nhà máy sản xuất sẽ sử dụng phương pháp đóng chai nhiều hơn để sản xuất Từ đó công nghệ đóng nắp chai tự động sử dụng bộ điều khiển PLC để điều khiển cũng như giám sát ngày càng được phát triển và sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất tự động.
Phân tích công nghệ
1.2.1 Khâu phân biệt kích thước chai.
Dựa vào khâu này chúng ta sẽ biết được kích thước của chai là lớn hay nhỏ sau đó chúng sẽ chiết rót vào đó một lượng thể tích nước tùy theo kích thướt của chai.
Sau khi đã phân loại được chai thì khâu này có nhiệm vụ rót nước vào chai theo một lượng nước đã được quy định sẵn trong chương trình đã được tạo ở PLC.
Khâu này có nhiệm vụ sẽ cấp nắp chai sau khi chai đã được bơm đầy nước
Khâu này có nhiệm vụ đóng và vặn nắp chai (khâu này có nhiệm vụ rất quan trọng, quyết định đến khả năng bảo quản của sản phẩm, nếu đóng nắp chai không kỹ lưỡng thì sản phẩm sẽ không được bảo quản tốt và có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm cũng như dễ gây ra tình trạng đổ, giọt, xì gas trong chai….Nên khâu này đòi hỏi tính chính xác cao).
1.2.5 Khâu phân loại sản phẩm.
Sản phẩm sau khi đã được chiết rót đóng nắp hoàn thiện thì sẽ được phân loại theo kích thước, cụ thể là chai lớn sẽ được đưa về một chỗ và chai nhỏ cũng sẽ được đưa về một chỗ khác để dễ dàng phân biệt.
Nguyên lý hoạt động
Hệ thống hoạt động theo các bước sau đây:
Chai sau khi được làm sạch, lau khô và kiểm tra an toàn thì sẽ bắt đầu được đưa vào băng tải (1).
Sau khi chai rỗng được đưa vào băng tải thì sẽ di chuyển theo chiều hoạt động của băng tải (1) và đưa chai đến gặp bộ cảm biến đầu tiên thì dừng lại, lúc này cảm biến sẽ phân biệt đây là chai lớn hay chai nhỏ để chuẩn bị cho quá trình tiếp theo. Sau khi chai rỗng đã được phân biệt thì dựa vào kích thước của chai, đồng thời động cơ bơm nước sẽ bơm một lượng nước đã được đặt trước thì ngừng bơm, tùy thuộc vào chai lớn hay chai nhỏ động cơ bơm sẽ bơm một lượng nước khác nhau vào chai.
Chai rỗng sau khi đã được chiết rót đầy nước thì băng tải (1) sẽ tiếp tục hoạt động và đưa chai tiếp tục di chuyển đến vị trí cấp nắp chai, ở đây nắp chai đã được bố trí sẵn và khi chai đi qua nắp sẽ tự động rớt xuống ngay vị trí miệng chai sao cho nắp chai sẽ không bị lệch khỏi vị trí miệng chai để có thể đảm bảo cho quá trình đóng nắp tiếp theo.
Chai sau khi đã được cấp nắp thì đến gặp bộ cảm biến tiếp theo, lúc này băng tải
(1) dừng lại sao cho chai nằm đúng ngay vị trí động cơ đóng nắp, ở đây có một bộ đóng nắp đã được bố trí sẵn, khi nhận biết được là chai đã đến vị trí thì lúc này xi lanh sẽ đưa động cơ xuống vừa bằng miệng chai và động cơ sẽ thực hiện quá trình đóng nắp bằng cách vặn nắp chai với một thời gian đã quy định sẵn.
Sau khi vặn nắp chai xong xi lanh sẽ đưa động cơ trở về vị trí ban đầu, động cơ đóng nắp sẽ dừng và băng tải (1) tiếp tục hoạt động đưa chai đã được đóng nắp sang băng tải (2) và băng tải (2) sẽ đưa chai đã được đóng nắp đến bộ cảm biến cuối cùng. Khi gặp cảm biến chai sẽ được phân loại theo kích thước nhờ vào xi lanh đẩy, nếu là chai lớn sẽ được xi lanh đẩy sang thùng chứa nằm ở một bên băng tải (2), còn đó là chai nhỏ thì sẽ tiếp tục di chuyển về phía cuối băng tải và rớt xuống thùng chứa chai nhỏ ở cuối băng tải (2).
Và như vậy thì kết thúc quá trình sản phẩm sẽ được chiết rót, đóng nắp và phân loại theo kích thước để có thể dễ dàng phân biệt và sử dụng.
Chức năng của hệ thống
Hệ thống được kết hợp 3 chức năng trong một mô hình: Phân loại, chiết rót, đóng nắp
Hệ thống sử dụng thiết bị điều khiển PLC để điều khiển xuyên suốt cả quá trình, đồng thời sử dụng các linh kiện chọn lọc, có tính ổn định cao trong quá trình hoạt động để đảm bảo mô hình được hoạt động một cách trơn tru nhất.
Vòi nước được lắp đặt phù hợp với vị trí của chai để đảm bảo trong quá trình chiết rót sẽ không bị rơi nước ra ngoài làm ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của hệ thống.
Dung tích chiết rót: Có thể thay đổi thể tích bình chứa. Ống dẫn nước: Làm bằng nhựa không gỉ, đảm bảo vệ sinh cho sản phẩm.
Băng tải: Được thiết kế bằng khung sắt cứng và nhôm định hình chắc chắn, đồng thời được kéo bởi động cơ giảm tốc đảm bảo hoạt động ổn định trong quá trình thực hiện.
Khung sườn: Được làm bằng các thanh sắt chữ V và các là thép ghép lại với nhau, đảm bảo chắc chắn không bị rung lắc, lung lay trong quá trình hoạt động….và một số linh kiện khác.
GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN
Tổng quan về PLC S7-1200
Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng, hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động.
Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau
Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ.
Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác.
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển.
Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU.
Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định.
CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET. Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485.
(1) Bộ phận kết nối nguồn.
(2) Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che) Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên.
(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp.
(4) Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU.
Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Trong một PLC được chia thành 4 khối chính:Bộ nhớ, bộ xử lý trung tâm, ngõ vào, ngõ ra
Các ngõ vào của khối này sẽ được kết nối với các bộ chuyển đổi tín hiệu và biến đổi các tín hiệu này thành tín hiệu phù hợp với tín hiệu xử lý của CPU.
Dựa vào loại tín hiệu vào sẽ có các khối ngõ vào tương ứng.
Hình 2.3: Khối đầu vào PLC
Khối vào số (DI: Digital Input): Các ngõ vào của khối này được kết nối với bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu nhị phân như nút nhấn, công tắc, cảm biến tạo tín hiệu nhị phân.
Khối vào tương tự (AI: Analog Input): Khối vào này có nhiện vụ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Các ngõ vào của khối này được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu analog như cảm biến nhiệt độ, cảm biến lưu lượng, ngõ ra analog của biến tần.
Các phần tử nhớ là các linh kiện mà thông tin có thể được lưu trữ trong nó ở dạng nhị phân Trong PLC các bộ nhớ bán dẫn được sử dụng làm bộ nhớ chương trình.
Bộ nhớ đọc-ghi RAM (Random-Access Memory): Bộ nhớ ghi-đọc có một số lượng các ô nhớ xác định Mỗi ô nhớ có một dung lượng nhớ cố định và nó chỉ tiếp nhận 1 lượng thông tin Các ô nhớ được xác định bằng các địa chỉ riêng của nó Bộ nhớ này chứa các chương trình còn sửa đổi hoặc các dữ liệu, kết quả tạm thời trong quá trình tình toán, lập trình Đặc điểm của loại này là dữ liệu sẽ mất đi khi hệ thống mất điện RAM được hình dung như một tủ chứa có nhiều ngăn kéo, mỗi ngăn kéo được đánh số một địa chỉ và người ta có thể cất vào hoặc lấy ra các dữ liệu ra.
Bộ nhớ ROM (Read-Only Memory): Bộ nhớ cố định ROM chứa các thông tin không có khả năng xóa được và không có khả năng thay đổi được Các thông tin này do các nhà sản xuất viết ra và không thể thay đổi được Chương trình trong bộ nhớ ROM có các nhiệm vụ điều hành và kiểm tra các chức năng hoạt động của CPU, dịch ngôn ngữ lập trình sang ngôn ngữ máy.
EPROM (Eraseable Read-Only Memory): EPROM là bộ nhớ cố định có thể lập trình và xóa được Nội dung của EPROM có thể xóa bằng tia cực tím và có thể lập trình lại.
EEPROM (Electrically Eraseable Read-Only Memory): EEPROM là bộ nhớ cố định có thể lập trình và xóa bằng điện Mỗi ô nhớ trong EEPROM cho phép lập trình và xóa bằng điện.
2.1.2.3 Khối xử lý trung tâm (CPU)
Trong khối xử lý trung tâm gồm: hệ điều hành, bit nhớ, bộ đếm, bộ nhớ trung gian, counter, timer, hệ thống bus.
Hình 2.5: Khối xử lý trung tâm
Hệ điều hành: Sau khi bật nguồn cung cấp cho bộ điều khiển, hệ điều hành của nó sẽ đặt các counter, timer, dữ liệu và bit nhớ với thuộc tính non-retentive (không được ghi nhớ) cũng như bộ nhớ trung gian về 0 Để xử lý chương trình, hệ điều hành đọc và thực hiện từng dòng lệnh từ đầu đến cuối.
Bit nhớ: Các bit nhớ là các phần tử nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ trạng thái tín hiệu.
Bộ đệm: Bộ đệm là một vùng nhớ, mà hệ điều hành ghi nhớ các trạng thái tín hiệu ở các ngõ vào ra nhị phân.
Accumulator: Accumulator là một bộ nhớ trung gian mà qua nó timer hay counter được nạp vào hay thực hiện các phép toán số học.
Counter, Timer: Timer và counter cũng là các vùng nhớ, hệ điều hành ghi nhớ các giá trị đếm trong nó.
Khối này có nhiệm vụ khuếch đại các tín hiệu sau xử lý của CPU cung cấp cho đối tượng điều khiển.
Tùy thuộc vào đối tượng điều khiển nhận tín hiệu dạng nào mà sẽ có các khối ra tương ứng.
Hình 2.6: Khối đầu ra PLC
CPU 1215C AC/DC/Relay
Bảng 2.3: DATA SHEET PLC 1215DC/AC/RELAY
DATA SHEET 6ES7215-1BG40-0XB0
SIMATIC S7-1200, CPU 1215C, compact CPU, AC/DC/relay, 2 PROFINET ports, onboard I/O: 14 DI
V DC, 2 AO 0-20 mA DC, Power supply: AC 85-264 V AC at 47-63 Hz, Program/data memory 125 KB
Product type designation CPU 1215 AC/DC/RELAY
Programming package STEP 7 V11 SP2 or higher
Permissible range, lower limit (DC)
Permissible range, upper limit (DC)
For backplane bus (5VDC), max 1600mA; Max 5VDC for SM and CM Encoder supply
For floating point airthmetic, typ
0.085us; / instruction1.7 us; / instruction2.5 us; / instruction
Number of block ( total ) DBs, FCs, FBs, counters and timers.
The maximum number of addressable blocks ranges from 1 to 65535 There is no restriction, the entire working memory can be used.
Number, max Limited only by RAM for code
Data areas tand their retentivity
Retentive data area ( incl, timers, counters, flags ), max 10 Kbyte
● Size, max 8 kbyte; Size of bit memory address area Address area
Number of modules per system, max 3 comm modules, 1 signal board, 8 signal modules Time of day
● of which inputs usable for technological functions
14; Integrated 6; HSC (High Speed Counting)
Yes Number of simultaneously controllable inputs all mounting positions
15 V DC at 2.5 mA Input current
Input delay (for rated value of input voltage) for standard inputs
0.2 ms, 0.4 ms, 0.8 ms, 1.6 ms, 3.2 ms, 6.4 ms and 12.8 ms, selectable in groups of four
0.2 ms 12.8 ms for interrupt inputs
— parameterizable Yes for technological functions
— parameterizable Single phase: 3 @ 100 kHz & 3 @ 30 kHz, differential: 3 @ 80 kHz & 3 @
300 m; for technological functions: No Digital outputs
● of which high-speed outputs
Limitation of inductive shutdown voltage to
10 4; 100 kHz Pulse Train Output No; to be provided externally L+ (-48 V)
Switching capacity of the outputs
● for signal "0", max 0.1 V; with 10 kOhm load
● for signal "0" residual current, max 0.5 A
0.1 mA Output delay with resistive load
● of the pulse outputs, with resistive load, max.
Input ranges (rated values), voltages
● shielded, max 100 m; twisted and shielded
● shielded, max 100 m; shielded, twisted pair
Analog value generation for the inputs
Integration and conversion time/resolution per channel
● Resolution with overrange (bit including sign), max.
Isolated automatic detection of transmission rate
Yes Yes Yes Yes Interface types
Supports protocol for PROFINET IO
Yes Yes Yes Protocols (Ethernet)
Yes Yes Yes Web server
Yes Yes Yes Test commissioning functions
Inputs/outputs, memory bits, DBs, distributed I/Os, timers, counters Forcing
● between the channels, in groups of
● between the channels, in groups of
Yes No 1 Permissible potential difference between different circuits 500 V DC between 24 V DC and 5 V
Interference immunity against discharge of static electricity
● Interference immunity against discharge of static electricity acc to IEC 61000-4-2
— Test voltage at air discharge
— Test voltage at contact discharge
6 kV Interference immunity to cable-borne interference
● Interference immunity on supply lines acc to IEC 61000-4-4
● Interference immunity on signal cables acc to IEC 61000-4-4
Interference immunity against voltage surge
● Interference immunity on supply lines acc to IEC 61000-4-5 Yes
Interference immunity against conducted variable disturbance induced by high- frequency fields
● Interference immunity against high- frequency radiation acc to IEC 61000-4-6
Emission of radio interference acc to EN
● Limit class A, for use in industrial areas
● Limit class B, for use in residential areas
Yes; Group 1 Yes; When appropriate measures are used to ensure compliance with the limits for Class B according to EN 55011
Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Ambient conditions
● Fall height, max 0.3 m; five times, in product package Ambient temperature during operation
Ambient temperature during storage/transportation
70 °C Air pressure acc to IEC 60068-2-13
1 080 hPa Altitude during operation relating to sea level
● Vibration resistance during operation acc to IEC 60068-2-6
● Operation, tested according to IEC
● tested according to IEC 60068-2-27 Yes; IEC 68, Part 2-27 half-sine: strength of the shock 15 g (peak value), duration 11 ms
● SO2 at RH < 60% without condensation S02: < 0.5 ppm; H2S: < 0.1 ppm; RH
Yes Yes Yes Cycle time monitoring
Hình 2.10: Phần mềm tia portal V16
Năm 2009, Siemens giới thiệu PLC S7-1200 cùng với phần mềm lập trình Tia Portal V10.5 tích hợp sẵn Step 7 Basic, lập trình cho PLC S7-1200 và WinCC Basic lập trình cho màn hình KTP.
Từ năm 2010 đến nay, Siemens không ngừng cải tiến và nâng cấp cấp phần mềm Tia Portal V10.5 lên tới Tia Portal V16 Hiện nay phần mềm Tia Portal không chỉ lập trình cho các bộ Controller mà còn có thể thiết kế giao diện HMI, SCADA và cấu hình cho Driver của Siemens
Phần mềm TIA PORTAL cung cấp một môi trường thân thiện cho người dùng nhằm phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứng dụng, bao gồm các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả các thiết bị trong đề án, như các thiết bị PLC hay HMI STEP 7 Professional cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD) để thuận tiện và có hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối với ứng dụng, và còn cung cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án của người dùng.
Khi làm quen với PLC của hãng Siemens với các phiên bản đời cao như S7 –
1200, S7 – 1500 thì TIA Portal là phần mềm không thể thiếu khi lập trình.
2.3.1 Một số thao tác cơ bản khi làm quen với phần mềm.
Hình 2.11: Giao diện ban đầu của TIA Portal
Giao diện tổng quan trên trước khi lập trình:
Hình 2.13: Giao diện thiết bị
Hình 2.14: Gắn tag cho chương trình
Hình 2.15: Giao diện lập trình
Hình 2.16: Giao diện người dùng
(1): Tên của chương trình lưu ban đầu.
(2): Device configuration: Cấu hình thêm phần cứng.
(3): Main [OB1]: Nơi viết chương trình OB1.
(4): Download tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200. (5): Upload tất cả cấu hình phần cứng và phần mềm cho PLC S7-1200.
(8): Chức năng cài đặt các thông số của cổng mạng.
(9): Cài đặt địa chỉ ngõ vào ra số, tương tự, bộ đếm tốc độ cao.
2.3.3 Hỗ trợ người sử dụng.
Nhanh chóng tìm kiếm tìm ra câu trả lời đến người dùng Để giúp người dùng giải quyết những phát sinh một cách nhanh chóng và có hiệu quả, TIA PORTAL cung cấp phần trợ giúp thông minh đến từng yêu cầu.
Một trường nhập vào cung cấp trợ giúp kiểu “mở ra” để hỗ trợ người dùng nhập vào thông tin chính xác (các phạm vi và kiểu dữ liệu) đối với trường đó
Ví dụ, nếu người dùng đã nhập một giá trị không hợp lệ, một hộp văn bản thông điệp sẽ mở ra nhằm cung cấp phạm vị các giá trị hợp lệ.
Một số thủ thuật về công cụ trong giao diện (ví dụ đối với các lệnh) “xếp tầng” nhằm cung cấp thông tin bổ sung Các thủ thuật về công cụ này sẽ liên kết đến các chủ đề xác định trong hệ thống thông tin trực tuyến (trợ giúp trực tuyến).
Hình 2.17: Hỗ trợ người dùng
2.3.4 Ngôn ngữ lập trình cho PLC S7-1200
Với dòng sản phẩm PLC S7-1200 ứng dụng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemens phát triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình chính, đó là: LAD, FBD và SCL.
LAD – Ladder: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo sơ đồ mạch Nó đơn giản, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi.
FBD – Function Block Diagram: Đây là ngôn ngữ lập trình dựa theo đại số Bool.
SCL – Structure Language Control: Đây là ngôn ngữ lập trình theo dạng text và là ngôn ngữ trình cấp cao sử dụng dựa trên nền Pascal phát triển Ngôn ngữ lập trình SCL có thể coi là ngôn ngữ hướng tới đối tượng cho PLC, vì nó gần gũi với tư duy người dùng.
Khi viết code cho một khối hàm nào đó ( OB, FB, FC ) thì người dùng có thể sử dụng 1 trong 3 ngôn ngữ trên để có thể lập trình.
Phần mềm WinCC Runtime Advanced
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của hãng Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất Cụ thể hơn, WinCC là chương trình dùng để thiết kế các giao diện Người và Máy – HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất.
Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất – MES (Manufacturing Excution System) WinCC có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuổi sự kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức, và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy – HMI được tin dùng nhất hiện nay.
Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng khác nhau như: Mitsubishi, Siemens, Omron, Thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của
PC và chuẩn RS485 của PLC.
2.4.2 Chức năng phổ biến của WinCC.
Thiết kế giao diện đồ họa:
WinCC hỗ trợ một công cụ mạnh về đồ họa, và hỗ trợ một thư viện rất lớn về các thiết bị công nghiệp, rất sinh động, ta có thể chọn và đem ra sử dụng nó một cách dễ dàng.
Hình 2.19: Graphics designer 2.4.2.2 Alarm Logging
Thực hiện dể dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windows, I/O, và các thuộc tính hoạt động (Dynamic). Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi hệ thống vận hành. Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng Alarm Logging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân của lỗi.
Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhiều dạng khác nhau từ các quá trình đang thực thi.
Tạo ra các thông báo, kết quả Và các thông báo này được lưu dưới dạng nhật ký sự kiện.
Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng và có khả năng trao đổi với các thiết bị khác.Trong WinCC, các công thức và ứng dụng có thể soạn thảo, lưu trữ và sử dụng trong hệ thống.
Ngoài ra, WinCC còn kết hợp với Visual C++, Visual Basic tạo ra một hệ thống tinh vi và phù hợp cho từng hệ thống tự động hóa chuyên biệt
WinCC có thể tạo một giao diện Người và Máy - HMI dựa trên sự giao tiếp giữa con người với các thiết bị, hệ thống tự động hóa thông qua hình ảnh, số liệu, sơ đồ, Giao diện có thể cho phép người dùng vận hành, theo dõi từ xa và còn có thể cảnh báo, báo động khi có sự cố.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
Quy trình hoạt động của hệ thống
Hình 3.21: Sơ đồ hoạt động của hệ thống
Hệ thống hoạt động như sau:
Sau khi khởi động hệ thống các thiết bị điện sẽ hoạt động, hệ thống cấp chai sẽ cấp chai vào đầu băng chuyền thứ nhất,hệ thống cấp nắp chai sẽ luôn sẵn sàng để cấp nắp khi chai đi ngang qua hệ thống, băng tải (1) hoạt động, đưa chai đã được làm sạch, sấy khô vào khu vực chiết rót, ở đây sẽ có cảm biến để phân loại chai sau đó bơm sẽ hoạt động, chiết rót nước vào chai theo các mức lưu lượng đã được quy định tùy thuộc vào loại chai, sau đó đến bộ phận cấp nắp chai, nắp chai sẽ được cấp và được đóng nắp ở khu đóng nắp chai, tiếp theo chai sẽ được di chuyển qua băng tải (2) để đem đi phân loại, cảm biến sẽ hoạt động, phân loại theo kích thướt của chai, hệ thống đẩy chai sẽ đẩy chai lớn vào thùng chứa các chai lớn, còn với các chai kích thướt nhỏ sẽ di chuyển tới cuối băng chuyền được đưa vào thùng chứa chai nhỏ đề đóng thùng.
Mô hình sơ bộ cho hệ thống
Sau khi nghiên cứu, tìm hiểu các thiết bị cũng như số lượng thiết bị cần thiết để thực hiện đề tài Nhóm đã phác thảo mô hình sơ bộ, cách sắp xếp, bố trí vị trí các thiết bị trên mô hình cho dễ quản lý cũng như được gọn gàng.
Hình 3.22: Mô hình sơ bộ hệ thống
Hình 3.23: Thông tin bản vẽ
Hình 3.24: Đi nguồn cho hệ thống
Hình 3.25: Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi
Hình 3.26: Đấu nối các thiết bị INPUT
Hình 3.27: Đấu nối cơ cấu chấp hành cho hệ thống
Hình 3.28: Đấu nối cho động cơ
Hình 3.29: Bảng điều khiển hệ thống
Trong giới hạn đề tài tốt nghiệp, do còn nhiều hạn chế về trình độ kiến thức, các thiết bị hỗ trợ, thời gian cũng như điều kiện kinh tế… Chúng em thiết kế, chế tạo mô hình trong giới hạn thực hiện các công đoạn của dây đóng nắp chai tự động như sau:
Quá trình cấp chai: Bằng tay.
Quá trình chiết rót: Tự động.
Quán trình cấp nắp: Tự động.
Quá trình đóng nắp: Tự động.
Mô hình sẽ được chia làm nhiều bộ phận, mỗi bộ phận sẽ có thiết bị, cấu tạo và tác dụng khác nhau trong dây chuyền khác nhau, được phân công và chuyên môn hóa, dưới đây là các khu được phân chia tạm thời:
- Khu cấp chai cho băng chuyền: Các chai sẽ được cấp bằng tay ở đầu băng chuyền thứ nhất.
- Khu chiết rót nước: Khu này có nhiệm vụ chiết rót nước vào chai đã được cấp mỗi loại chai sẽ được chiết rót khối lượng khác nhau.
- Khu lấy nắp chai: Cung cấp nắp cho chai.
- Khu đóng nắp: Khu này có tác dụng đóng nắp chai.
- Khu phân loại sau khi đóng nắp: Phân loại chai theo kích thướt để đem đi đóng thùng.
Tính toán thiết bị cho hệ thống
Sau một khoảng thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, nhóm đã đưa ra được mô hình gồm có các thiết bị như sau:
Tên thiết bị Số lượng
Băng tải 2c Động cơ 1 chiều có giảm tốc 3c
Thanh sắt có lỗ dùng để làm khung 4m
Nguồn tổ ong từ 220VAC – 24VDC 1c Nguồn tổ ong từ 220VAC – 12VDC 1c
Dây điện (đỏ, xanh, đen) 30m/1 Ốc vít, bu lông 1kg Đầu cốt (đỏ, xanh, vàng) 50c/1
- Dòng ngắt mạch định mức Icu: 6kA
- Dòng ngắt mạch hoạt động Ics: 6kA
- Điện áp chịu xung định mức: 4kV
- Điện năng tiêu thụ tối đa tại mỗi cực: Max 2W
Mô hình được trang bị 2 băng tải có tác dụng di chuyển chai đến các vi trí cần thiết, băng tải được cấu tạo từ các linh kiện sau: Khung băng tải, rulo, dây băng tải và động cơ dung để kéo băng tải.
Hình 3.30: Thiết kế băng tải
Hình 3.31: Băng tải sau khi lắp ráp 3.3.2.1 Cấu tạo của băng tải
Khung băng tải được làm từ nhôm định hình được ưu chuộng trong công nghiệp sản xuất lắp ráp điện tử, máy tính chịu tải trọng nhẹ và vừa vào những năm gần đây vì ưu điểm đẹp, nhẹ, tính linh hoạt cao dễ thay đổi kết cấu theo yêu cầu sản xuất.
Khung băng tải Inox: Thường dung trong các môi trường chịu hóa chất bụi bẩn như công nghiệp chế biến thực phẩm, hàng không vũ trụ, dược phẩm, hóa chất, đóng chai và đóng hộp…
Khung băng tải Thép mạ kẽm và thép sơn tĩnh điện: ưu điểm kinh tế và chịu được mọi tải trọng khác nhau Thường sử dụng trong công nghiệp ô tô, xe máy, hoàn thiện in ấn và bao bì…
Tùy theo tải trọng và yêu cầu của sản phẩm ta thường dùng dây băng PVC hoặc dây băng PU dày dày từ 1- 5mm Đối với băng tải chịu tải nặng ta dùng dây băng tải cao su.
Các loại linh kiện khác.
Con lăn kéo và con lăn đỡ hoặc có tên gọi khác là con lăn chủ động và con lăn bị động thường làm bằng thép mạ kẽm hoặc nhôm
Truyền động từ động cơ vào trục công tác bằng bộ truyền xích hoặc đai.
Cách lắp đặt vận hành băng tải.
- Đặt băng tải hệ thống vào đúng vị trí cần lắp đặt.
- Dùng thước thủy để căn theo chiều của băng tải
- Siết chặt các buloong, ốc vít để đảm bảo chắn chắn trong quá trình hoạt động
- Cố định băng tải xuống đế.
- Kiểm tra ổ bi, rulo xem hoạt động có ổn định hay không.
- Khởi động động cơ băng tải chạy thử
- Điều chỉnh cho dây băng tải cân chính giữa.
- Siết ốc kỹ, tỳ ren điều chỉnh lại đúng vị trí.
- Cho hệ thống chạy trong một khoảng thời gian dài rồi kiểm tra tất cả hoạt động có ổn định hay không, nếu thấy dây bị sàng thì chỉnh lại
- Kiểm tra và cố định chặt lại tất cả một lần nữa
Kiểm tra băng tải trước khi đưa vào sử dụng.
- Băng tải đen bóng, cứng mền không quang trọng.
- Cắt một mảnh vãi nhỏ khoảng 5 cm, kéo giãn đến khi đứt băng càng tốt kéo giãn càng nhiều.
- Ngửi băng tải có mùi thơm, nếu băng tải có mùi thơm khó chịu thì bỏ ngay và thay cái mới
- Lấy mũi nhọn đâm thử một phát, nếu băng tải kém thì sẽ thủng ngay còn nếu băng tải tốt sẽ không thủng và có đàn hồi
- Băng tải tốt thì bề mặt sẽ ít lồi lõm và không bị chắp vá, sữa chữa
3.3.3 Động cơ giảm tốc 1 chiều.
Hình 3.32: Động cơ điện giảm tốc một chiều Động cơ giảm tốc là loại động cơ được kết hợp giữa động cơ điện một chiều với hộp giảm tốc.
3.3.3.2 Cấu tạo Động cơ điện. Động cơ điện một chiều là động cơ sử dụng dòng điện một chiều, chuyển điện năng thành cơ năng, giúp vận hành các thiết bị và máy móc.
Hộp giảm tốc là thiết bị cơ học, bên trong hộp giảm tốc chứa nhiều bánh răng. Hộp giảm tốc hoạt động dựa trên nguyên lý cơ cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỷ số truyền không đổi.
Hộp giảm tốc có tác dụng:
Giảm tốc độ động cơ: Vì động cơ thường có tốc độ cao, trong khi nhu cầu thực tế tốc độ đầu ra lại thấp, cho nên cần tới hộp giảm tốc để điều chỉnh tốc độ quay.
Tăng tải: Làm giảm tốc độ động cơ và tăng momen xoắn, từ đó làm tăng khả năng tải trọng và độ khỏe của trục ra hộp giản tốc.
3.3.3.3 Nguyên lý làm việc của động cơ giảm tốc
Hộp giảm tốc thường là một hệ bánh răng bao gồm nhiều bánh răng thẳng và răng nghiêng lần lượt ăn khớp với nhau theo đúng tỷ số truyền và mô men quay đã thiết kế để lấy ra vòng quay cần thiết.
Cũng có một số loại hộp giảm tốc không xài hệ bánh răng vi sai hoặc hệ bánh răng hành tinh, đối với loại hộp giảm tốc này thì kích thước sẽ nhỏ gọn, và chịu được áp lực làm việc lớn.
Do đó, tùy vào tính chất công việc mà kỹ thuật viên sẽ tính toán và lên kế hoạch sử dụng một hộp giảm tốc cho phù hợp…
- Sử dụng trang trí trong các bể cá, hồ nước,
- Ứng dụng làm mô hình.
- Điện áp hoạt động: 6-12VDC.
3.3.5 Cảm biến vật thể hồng ngoại NPN E3F-DS30C4 (6-36V).
Hình 3.33: Cảm biến hồng ngoại NPN
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 (Adjustable IR Infrared Proximity Sensor) là loại chất lượng tốt với độ bền và độ ổn định cao, cảm biến sử dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến, cảm biến phát ra tia hồng ngoại với dải tần số chuyên biệt cho khả năng chống nhiễu tốt kể cả ở điều kiện ánh sáng ngoài trời.
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 có thể chỉnh khoảng cách mong muốn thông qua biến trở trên cảm biến, cảm biến có ngõ ra là cấu trúc Transistor NPN đã được nối điện trở nội 10k lên VCC nên có thể sử dụng ngay mà không cần trở kéo lên VCC.
Cảm biến hồng ngoại hoạt động bằng cách sử dụng một cảm biến ánh sáng cụ thể để phát hiện bước sóng ánh sáng chọn trong phổ hồng ngoại (IR).
THI CÔNG LẮP ĐẶT HỆ THỐNG
Thi công, lắp đặt
Đầu tiên nhóm đo kích thướt các thiết bị, sau đó cưa các thanh sắt để làm khung cho băng tải.
Tìm vật liệu để làm đế, cố định các thiết bị lớn, cần cố định vào trong đế, tránh sự dịch chuyển không cần thiết.
Nhóm sử dụng tấm gỗ ép với kích thướt 1x1(m) để làm mặt đế cho mô hình, sử dụng khoan tay để bắn vít cố định các thiết bị lên trên mặt đế.
Hình 4.46: Cố định băng tải vào mô hình
Sau khi cố định các thiết bị vào đế, tiếp tục đo kích thướt sau đó cố định các cảm biến lên băng tải.
Hình 4.47: Lắp đặt hệ thống cảm biến
Tiếp theo lắp động cơ cho băng tải, lắp nguồn điện cho động cơ kéo băng tải
Cố định bộ phận cung cấp nắp chai cho hệ, và cố định vào băng tải 1.
Hình 4.48: Lắp đặt hệ thống cung cấp nắp chai
Tiếp theo chế tạo cơ cấu đóng nắp cho mô hình, và cố định ở băng tải 1.
Hình 4.49: Lắp đặt hệ thống đóng nắp chai
Chế tạo hệ thống đóng nắp chai cho hệ thống.
Hình 4.50: Hệ thống đóng nắp chai
Tiếp theo lắp các thiết bị điện như MCB, bộ chuyển nguồn, role trung gian, domino, các máng dung để đi dây điện, PLC…
Hình 4.51: Lắp đặt các thiết bị điện
Cố định, đi dây cho rơ le trung gian.
Cố định, đi dây cho hệ thống nguồn.
Kết nối PLC với các thiết bị.
Hình 4.52: Đấu nối các ngõ ra vào cho PLC
Hình 4.53: Mô hình hoàn thiện
VIẾT CHƯƠNG TRÌNH, CHẠY THỬ NGHIÊM
Lưu đồ thuật toán cho hệ thống
Dưới đây là lưu đồ thuật toán để viết chương trình Nhóm sẽ viết chương trình bám sát và lưu đồ thuật toán được viết ra.
Hình 5.54: Lưu đồ thuật toán
Viết chương trình
5.2.1 Gắn PLC tag cho chương trình.
Tag là một dạng đối tượng được dùng để tham chiếu tới một vùng nhớ nào đó trên PLC, thông qua tag, ta có thể truy cập vùng nhớ để đọc hoặc ghi giá trị của chúng.
Sau đây là tag đầu ra và đầu vào được sử dụng trong PLC.
Hình 5.55: Tag của chương trình
Sau quá trình nghiên cứu thì nhóm thực hiện viết chương trình bằng ngôn ngữLAD Dưới đây là chương trình nhóm tự nghiên cứu, tự viết và chỉnh sửa để phù hợp với mô hình Làm cho mô hình chạy chính xác nhất có thể.
5.2.3 Giám sát hệ thống bằng WinCC. Đưa tất cả các thiết bị cần giám sát lên màn hình giám sát.
Hình 5.56: Đưa tất cả các thiết bị cần giám sát lên màn hình giám sát
Gắn tag để liên kết với WinCC.
Hình 5.57: Gắn tag để liên kết với WinCC
Test WCC với hệ thống.
Hình 5.58: Test WCC với hệ thống
Trong suốt quá trình thực hiện làm đồ án nhóm đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiều từ sự hướng dẫn tận tình của thầy phụ trách hướng dẫn, nhận được sự động viên của tất cả mọi người, nhóm đã hoàn thành được mục tiêu đề ra từ trước
Trong quá trình thực hiện đồ án nhóm đã tìm hiểu cũng như nắm bắt được nhiều nội dung đã được học ở trường, từ các thầy cô mà trước đó chỉ hiểu sơ qua chưa nắm bắt được nội dung cốt lõi, áp dụng các kiến thức để thiết kế mô hình, viết chương trình, chạy thử trên mô hình.
Trong quá trình thực hiện đề tài thì các vấn đề phát sinh, các sự cố khi đưa các kiến thức ráp vào mô hình thực là không thể tránh khỏi Từ đó nghiên cứu để tìm ra các hướng để giải quyết, tích góp được các kinh nghiệm nhỏ khi gặp sự cố và xử lý sự cố
Học được cách thiết kế mô hình, đấu nối, lắp ráp mô hình sao cho hợp lí, biết cách chọn thiết bị cho phù hợp với yêu cầu đề ra, lên kế hoạch một cách hợp lí và hiệu quả, bố trí thiết bị gọn gàng, đẹp mắt, nâng cao tay nghề thực hành…Từ đây rút ra được rất nhiều kinh nghiệm từ những lỗi mắc phải trong quá trình làm.
Biết thiết kế và sử dụng các thiết bị một cách an toàn, nâng cao kiến thức về an toàn điện và nhóm cũng đã tự tay hoàn thiện được một sản phẩm mang tính tự động hóa cao, phù hợp với môi trường công nghiệp, áp dụng được kiến thực đã học về bộ môn tự động hóa từ đó có thể sẵn sàng bước vào môi trường công nghiệp hiện đại sau khi ra trường.
Trên đây là toàn bộ báo cáo của nhóm em trong xuyên suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý của quý thầy cô để nhóm có thêm những góc nhìn bổ ích hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các quý thầy cô rất nhiều!