Thiết kế hệ thống pha chế cocktail tự động sử dụng plc s7 1200

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PHAN NHẬT HOÀNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHA CHẾ COCKTAIL TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đà Nẵng, 12/2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NỘI DUNGKCHƠOBAẢĐNIỆDNỰ–KĐIẾIỆNNTTHỬỰC HIỆN Phân tích và nghiên cứu hệ thống pha chế Cocktail tự động Đưa ra phương pháp lập trình cho PLC S7 1200, xây dựng mô hình hệ thống, có khả năng tương tác và theo dõi từ xa Tìm hiểu được nguyên lý hoạt động của cảm biến, công tắc hành trính, điều khiển được động cơ bước và động cơ giảm tốc Tìm hiểu biết thêm về các loại Cocktail và công thức pha chế chúng Nắm bắt cách sử dụng, lập trình được PLC Siemens, HMI, V-box từ đây các nghiên cứu đề tài sẽ hướng đến việc lập trình và điều khiển hệ thống một cách thực tiễn thông qua hệ thống PLC và Iot KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đà nẵng, ngày … tháng … năm 2023 Cán bộ hướng dẫn THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHA CH(ẾkýCvàOghCi rKõ hTọAtênI)L TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7-1200 CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG GVHD: Th.S NGUYỄN PHẠM CÔNG ĐỨC SVTH: PHAN NHẬT HOÀNG LỚP: K25 EDT1 MSSV: 25211710434 Đà Nẵng, 12/2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Đồ án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tác giả Đồ án (ký và ghi rõ họ tên) Phan Nhật Hoàng MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1 Tính cấp thiết của đề tài 1 2 Mục đích nghiên cứu 1 3 Đối tượng nghiên cứu 1 4 Phạm vi nghiên cứu 1 5 Phương pháp nghiên cứu 2 6 Ý nghĩa và khoa học thực tiễn của đề tài 2 7 Cấu trúc của khóa luận 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHA CHẾ COCKTAIL TỰ ĐỘNG 4 1.1 CÁC HỆ THỐNG CÓ TRONG THỰC TẾ 4 1.1.1 Máy pha cocktail: Somebar 4 1.1.2 SodaStream Revolution .5 1.2 Ý TƯỞNG THIẾT KẾ .6 1.3 LỰA CHỌN HỆ THỐNG THIẾT KẾ 7 1.4 Giới hạn đề tài 7 1.5 CÔNG THỨC PHA CHẾ CHO HỆ THỐNG .7 Tổng kết chương 1 8 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHA CHẾ COCKTAIL TỰ ĐỘNG 9 2.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH 9 2.2 SƠ ĐỒ KHỐI .9 2.3 LỰA CHỌN CÁC LINH KIỆN SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 10 2.3.1 Bộ điều khiển PLC S7-1200 10 2.3.2 Chọn các thiết bị đầu ra .12 2.3.3 Chọn nguồn cấp cho hệ thống 17 2.3.4 Chọn các thiết bị đầu vào 19 2.3.5 Thiết bị Ngoài 22 2.3.6 Thiết kế và thi công phần cứng 27 Tổng kết chương 2 33 CHƯƠNG 3 LẬP TRÌNH VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHA CHẾ COCKTAIL TỰ ĐỘNG 34 3.1 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN 34 3.1.1 Lưu đồ thuật toán hệ thống 34 3.1.2 Lưu đồ thuật toán hoạt động V-BOX 35 3.1.3 Lưu đồ thuật toán và hoạt động pha chế Cocktail 36 3.1.4 Mô tả hệ thống 37 3.2 PHÂN CÔNG VÀO RA CHO HỆ THỐNG .38 3.3 CÁC HÀM ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BƯỚC: 39 3.4 KẾT NỐI ĐỘNG CƠ STEP VỚI PLC 41 3.5 LẬP TRÌNH GIAO DIỆN HMI .45 3.6 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 53 3.7 KẾT NỐI WECON V-BOX .54 3.7.1 Chế độ điều khiển từ xa .54 3.7.2 Giao diện trên V-net 54 3.7.3 Kết nối App V-net với HMI Siemens 54 3.7.4 Download chương trình từ xa cho PLC .56 3.7.5 Download chương trình từ xa cho HMI Wecon 56 Tổng kết chương 3 58 CHƯƠNG 4 KIỂM THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 59 4.1 KẾT QUẢ KIỂM THỬ 59 4.2 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KIỂM THỬ 60 4.3 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC SAU KHI HOÀN THÀNH ĐỀ TÀI 60 4.4 Hạn Chế đề tài 61 4.5 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 61 Tổng kết chương 4 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt, Giải nghĩa Ghi chú thuật ngữ Supervisory Control and Data Hệ thống điều khiển 1 SCADA Acquisition giám sát và thu thập dữ liệu 2 PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển lập trình 3 CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm Mạng nội bộ 4 LAN Local Area Network Phần mềm tự động hóa 5 TIA Portal Totally Integrated Automation Ngõ vào tín hiệu số Portal Ngõ ra tín hiệu số Ngõ vào tín hiệu 6 RL Relay tương tự Ngõ vào tín hiệu 7 DI Digital Input tương tự 8 DO /DQ Digital Output 9 AI Analog Input 10 AO / AQ Ananlog Output 11 IoT Internet of Things 12 HMI Human Machine Interface DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Máy pha cocktail Somebar .4 Hình 1.2 SodaStream Revolution .5 Hình 2.1 Sơ đồ khối 9 Hình 2.2 Bộ điều khiển PLC S7-1200 10 Hình 2.3 Động cơ giảm tốc 12 Hình 2.4 Sơ đồ đấu chân động cơ DC 14 Hình 2.5 Step motor .14 Hình 2.6 Đèn báo 16 Hình 2.7 Nguồn tổ ong 24V-5A .17 Hình 2.8 Công tắc hành trình có con lăn .19 Hình 2.9 Nút nhấn 19 Hình 2.10 Relay trung gian 20 Hình 2.11 Cảm biến tiệm cận PNP 21 Hình 2.12 Màn hình HMI Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0 4 inch .22 Hình 2.13 V-BOX H-AG 23 Hình 2.14 IC TB6600 24 Hình 2.16 Bảng công tắc chuyển đổi độ phân giải 26 Hình 2.17 Bảng điều chỉnh dòng điện 26 Hình 2.18 Đèn dây led RGB 27 Hình 2.19 Hình ảnh thực tế và bản vẽ chi tiết con trượt SCS6UU 28 Hình 2.20 Hình ảnh thực tế và bản vẽ chi tiết gối đỡ SK8 .29 Hình 2.21 Động cơ bước trong hệ thống .30 Hình 2.22 Động cơ DC trong hệ thống 30 Hình 2.23 Hệ thống khi vẽ bằng Solidwork 31 Hình 2.24 Khung sắt của hệ thống 31 Hình 2.25 Hệ thống khi nhìn từ trên xuống 32 Hình 2.26 Hệ thống khi nhìn trực diện 33 Hình 3.1 Lưu đồ thuật toán 34 Hình 3.2 Lưu đồ thuật toán hoạt động 35 Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán Auto 37 Hình 3.4 Lưu đồ thuật toán Manu 37 Hình 3.5 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 39 Hình 3.6 Lệnh khởi tạo trục servo 39 Hình 3.7 Hàm xác định vị trí 40 Hình 3.8 Hàm xác định vị trí ban đầu 40 Hình 3.9 Hàm xác định vị trí tuyệt đối 41 Hình 3.10 Giao diện sử dụng 50 Hình 3.11 Giao diện chế độ MANU .51 Hình 3.12 Giao diện Setting Point 51 Hình 3.13 Giao diện Setting Time 52 Hình 3.14 Giao diện System screens .53 Hình 3.15 khối Data_Time 53 Hình 3.16 Khối Data_Control_Step 53 Hình 3.17 Giao diện trên phần mềm V-net 54 Hình 3.18 Kết nối wifi cho HMI 54 Hình 3.19 Thêm HMI cho V-net 55 Hình 3.20 Điều khiển hệ thống từ xa trên V-NET 56 Hình 3.21 Tạo cổng download PLC từ xa .56 Hình 3.22 Mục cài đặt trên phần mềm V-NET 56 Hình 3.23 Cài đặt cổng COM và phiên bảng HMI 57 Hình 3.24 Download chương trình từ xa cho HMI 57 Hình 3.25 Giao diện trên điện thoai qua phần mềm V-NET 58 DANH MỤC BẢNG Bảng 1 Thông số kỹ thuật PLC S7-1200 .12 Bảng 2 Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong 18 Bảng 3 Bảng phân công vào ra cho PLC .38 Bảng 4 Các lỗi chương trình khi kiểm thử hệ thống 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1 GVHD: Nguyễn Phạm Công Đức MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Trong bối cảnh cuộc sống ngày nay ngày càng chuyển biến với sự lan tỏa mạnh mẽ của công nghệ 4.0, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào các lĩnh vực truyền thống không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn tạo ra những trải nghiệm độc đáo và mới lạ cho người sử dụng Với sự phát triển của ngành tự động hóa ,việc đẩy nhanh quá trình chế biến cung cấp sản phẩm cho người tiêu dùng, cũng như góp phần tối ưu chi phí cho người sử dụng thì việc ứng dụng tự động hóa trong quá trình chế biến thực phẩm được xem là cấp thiết Dựa trên những mô hình và sản phẩm đã có và đang được sử dụng trên thị trường như: hệ thống nhào bột tự động, thái rau, nướng bánh mì,…Với những hệ thống và mô hình đang có sẵn chúng đều góp phần đẩy nhanh quá trình chế biến, tiết kiệm nhân công, tiền bạc cho người dụng Với những hiểu biết và học hỏi trong quá trình học và trải nhiệm ,em đã có những phát kiến và tìm hiểu cùng với sự chỉ bảo từ giáo viên hướng dẫn để đưa ra đề tài: “thiết kế hệ thống pha chế cocktail tự động sử dụng plc s7-1200 2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của mô hình và xây dựng được mạch điều khiển hoạt động ổn định tiết kiệm tối đa chi phí sản xuất, và lắp đặt hệ thống 3 Đối tượng nghiên cứu Được chia ra làm các nội dung: - Nội dung 1: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động PLC và IOT - Nội dung 2: Tìm hiểu các khối chức năng của PLC S7-1200 - Nội dung 3: Tìm hiểu về các đặc tính động cơ bước, động cơ DC giảm tốc - Nội dung 4: Nghiên cứu các đề tài, công trình khoa học về hệ thống pha chế theo hướng phát triển đề tài và tính thực tế của đề tài Từ đó thiết kế, thi công mô hình thực tế - Nội dung 5: Thiết kế hệ thống giám sát thông qua Tia Portal và sử dụng Scada để theo dõi từ xa , HMI để theo dõi trực tiếp - Nội dung 6: Hoàn thiện hệ thống pha chế Cocktail tự động 4 Phạm vi nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu quá trình pha chế từ cách chọn nước đến pha chế theo tỉ lệ của nước Điều khiển động cơ bước động cơ giảm tốc thông qua PLC và SVTH: Phan Nhật Hoàng ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 GVHD: Nguyễn Phạm Công Đức Hiển thị điều khiển lên HMI Đưa lên internet thông qua V-box (wecon), hệ thống Scada giúp người dùng có thể điều khiển hệ thống ngay cả khi đang ở xa 5 Phương pháp nghiên cứu Là hệ thống mang tính ứng dụng thực tiễn nên đồ án đã được nghiên cứu theo phương pháp sau: - Khảo sát và thu thập thông tin từ thực tế - Tìm hiểu về lập trình giao tiếp PLC - Phân tích và thiết kế hệ thống - Thử nghiệm công thức pha chế từng loại nước - Thiết kế thi công hệ thống - Tiến hành lập trình điều khiển trên PLC - Đấu nối dây các thiết bị trên thực tế - Kiểm thử, hiệu chỉnh và hoàn thiện hệ thống - Tiến hành viết chương trình phần mềm phối hợp hoạt động các khối dưới sự điều khiển của khối mạch điều khiển chính - Tiến hành lắp đặt các thiết bị vào phần cứng và hoàn thiện sản phẩm 6 Ý nghĩa và khoa học thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học  Tích hợp PLC S7-1200 giúp kiểm soát chặt chẽ và chính xác, đảm bảo trải nghiệm cho khách hàng  Áp dụng PLC S7-1200 là một bước quan trọng trong quá trình hòa nhập Công Nghệ 4.0 vào ngành dịch vụ ẩm thực  Nghiên cứu chi phí đầu tư và vận hành, đánh giá tính khả thi kinh tế của việc triển khai hệ thống tự động này  Phát triển nguồn nhân lực có hiểu biết vững về công nghệ 4.0 và ứng dụng trong môi trường làm việc  Cung cấp nền tảng cho sự đối thoại giữa người sử dụng và công nghệ, thúc đẩy sự sáng tạo và đổi mới - Ý nghĩa thực tiễn  Cải thiện quy trình pha chế cocktail, giảm thời gian chờ đợi và tăng cường khả năng đáp ứng nhanh chóng  Đánh dấu sự chuyển đổi của ngành ẩm thực sang môi trường kết nối và tự động hóa  Giảm chi phí vận hành, tăng hiệu suất sản xuất, và nâng cao sự cạnh tranh của doanh nghiệp  Giảm lãng phí nguyên liệu, tối ưu hóa quá trình sản xuất SVTH: Phan Nhật Hoàng