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

Tính cấp thiết của đề tài Trong bối cảnh cuộc sống ngày nay ngày càng chuyển biến với sự lan tỏamạnh mẽ của công nghệ 4.0, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào các lĩnh vựctruyền thốn

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NỘI DUNG CƠ BẢN DỰ KIẾN THỰC HIỆN

Phân tích và nghiên cứu hệ thống pha chế Cocktail tự động Đưa ra phươngpháp 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, điềukhiển được động cơ bước và động cơ giảm tốc Tìm hiểu biết thêm về các loạiCocktail và công thức pha chế chúng

Nắm bắt cách sử dụng, lập trình được PLC Siemens, HMI, V-box từ đây cácnghiên cứu đề tài sẽ hướng đến việc lập trình và điều khiển hệ thống một cách thựctiễn thông qua hệ thống PLC và Iot

Đà nẵng, ngày … tháng … năm 2023

Cán bộ hướng dẫn

(ký và ghi rõ họ tên)

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHA CHẾ COCKTAIL 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

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

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

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

STT Từ viết tắt,

thuật ngữ

1 SCADA Supervisory Control and Data

Acquisition

Hệ thống điều khiển 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

5 TIA Portal Totally Integrated Automation

Portal

Phần mềm tự động hóa

tương tự

10 AO / AQ Ananlog Output Ngõ vào tín hiệu

tương tự

11 IoT Internet of Things

12 HMI Human Machine Interface

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 3.11 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

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Trong bối cảnh cuộc sống ngày nay ngày càng chuyển biến với sự lan tỏamạnh mẽ của công nghệ 4.0, việc ứng dụng công nghệ tự động hóa vào các lĩnh vựctruyền thống không chỉ mang lại sự tiện lợi mà còn tạo ra những trải nghiệm độcđáo và mới lạ cho người sử dụng

Với sự phát triển của ngành tự động hóa ,việc đẩy nhanh quá trình chế biếncung cấp sản phẩm cho người tiêu dùng, cũng như góp phần tối ưu chi phí chongười sử dụng thì việc ứng dụng tự động hóa trong quá trình chế biến thực phẩmđược xem là cấp thiết Dựa trên những mô hình và sản phẩm đã có và đang được sửdụng trên thị trường như: hệ thống nhào bột tự động, thái rau, nướng bánh mì,…Vớinhững hệ thống và mô hình đang có sẵn chúng đều góp phần đẩy nhanh quá trìnhchế 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 cónhững 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 dựngđược 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

Hiển thị điều khiển lên HMI Đưa lên internet thông qua V-box (wecon), hệ thốngScada 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 cứutheo 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

 Nâng cao kỹ năng của nhân viên trong lĩnh vực ẩm thực.

 Tạo ra lựa chọn linh hoạt cho doanh nghiệp và cá nhân muốn cải thiệnquy trình phục vụ

 Tạo cơ hội cho sự sáng tạo trong ngành ẩm thực

7 Cấu trúc của khóa luận

Bao gồm có 4 chương:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHA CHẾ COCKTAIL TỰĐỘNG Ở chương này cho ta cái nhìn một cách tổng quan về hệ thống và phươngpháp xây dựng đồ án

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHA CHẾ COCKTAIL TỰ ĐỘNG

Ở Chương 2 trình bày cụ thể công nghệ, giới thiệu mô hình và tính chọn các thiết bị

sử dụng trong đồ án, đồng thời liệt kê và phân tích các thiết bị sử dụng trong đồ án

CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHA PHẾCOCKTAIL TỰ ĐỘNG Ở chương này sẽ trình bày cụ thể về thuật toán điều khiển

từ đó đưa ra quy trình lập trình, viết chương trình điều khiển cho hệ thống Từ đóxây dựng, vẽ sơ đồ đấu nối trên và xây dựng hệ thống giám sát bằng màn hình HMI,kết nối V-box

CHƯƠNG 4: KIỂM THỬ VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG Chương 4 sẽ nêulên kết quả đạt được của đồ án, đồng thời nêu ra các ý tưởng để hoàn thiện đồ ántrong tương lai

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHA CHẾ COCKTAIL TỰ ĐỘNG

1.1 CÁC HỆ THỐNG CÓ TRONG THỰC TẾ

1.1.1 Máy pha cocktail: Somebar

Hình 1.1 Máy pha cocktail Somebar

Dự án thú vị này ý tưởng của nhóm phát triển cùng tên tới từ Los Angeles,

Mỹ

Somabar ra đời với mục tiêu giúp cho mọi người có thể thưởng thức những

ly cocktail chất lượng không thua gì tại các quán bar ngay tại nhà mình chỉ trong có

5 giây chỉ bằng các thiết bị di động như điện thoại hay máy tính bảng của mình [1]

Somabar có sẵn trong máy 6 ống đựng nguyên liệu pha chế để người sử dụng

có thể tự đổ những thành phần mà mình muốn pha vào các ống Sau đó, người sửdụng chỉ phải thiết lập các thông số về thành phần, Somabar sẽ tự tính toán pha trộnnguyên liệu và cho ra đời ly cocktail hoàn hảo chỉ sau vỏn vẹn 5 giây [1]

Người sử dụng còn có thể pha cocktail ngay cả khi không có ở trong nhà vìSomabar có thể trực tiếp kết nối qua Internet Cũng không cần phải là người quásành sỏi rượu, ứng dụng điện thoại cũng đã hỗ trợ sẵn các công thức cocktail có thểtải về từ cộng đồng của Somabar Thậm chí người sử dụng còn có thể chia sẻ lại vớimọi người nếu muốn [1]

Sau khi tìm hiểu qua sản phẩm để sở hữu cần phải được đặt hàng trước vớigiá 429 USD xấp xỉ 10,420,410 VNĐ

- Kích thước: Máy có kích thước khá lớn, chiếm nhiều diện tích.

- Yêu cầu bảo dưỡng: Máy cần được bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo hoạt độngtốt

Đánh giá chung:

Máy pha cocktail Somebar là một thiết bị pha chế hiện đại, có nhiều ưu điểmnổi bật Máy phù hợp với các quán bar, nhà hàng chuyên nghiệp, nơi cần phục vụnhiều loại cocktail khác nhau với chất lượng cao và ổn định Tuy nhiên, máy có giáthành khá cao và yêu cầu bảo dưỡng định kỳ

1.1.2 SodaStream Revolution

Hình 1.2 SodaStream Revolution

SodaStream Revolution là chiếc máy chế tạo nước có ga loại cá nhân dùngcho gia đình đầu tiền trền thị trường gia dụng, có thể tạo ra nhiều loại nước ngọt có

ga hay còn gọi là soda một cách đơn giản nhất [2]

Tất cả đều chỉ phải thực hiện nhờ một nút bấm chọn mức độ sau khi đã đặtchai nước vào vòi sục Carbon Hydrat của máy Cơ chế Snap-n-Lock cho phép tháolắp chai với họng máy một cách dễ dàng, họng máy cũng sẽ giữ chặt chai trong suốtquá trình tạo ga [2]

Với 4 mức điều chỉnh lượng Carbon Hydrat khác nhau từ ít đến trung bình,nhiều và cực nhiều, người dùng chỉ việc ấn nút chọn mức theo yều cầu MáySodaStream sẽ tự động tạo ga và báo quá trình hoàn thành trền màn hình hiển thịLED Màn hình LED, phía trước thân máy, sẽ hiển thị toàn bộ quá trình tạo CO2 vàthông báo lượng khí còn lại trong xilanh máy Toàn bộ chu trình tạo ga chỉ diễn ratrong vòng vài giây [2]

Giá của máy SodaStream Revolution tại Việt Nam hiện nay là khoảng5.990.000 đồng

Về ưu điểm:

- Tạo ra nước soda có hương vị thơm ngon, tự nhiên

- Thiết kế hiện đại, sang trọng

Đối với ở nước ta hiện nay "Hệ thống pha chế cocktail tự động sử dụng PLCS7-1200" vẫn còn khá là xa lạ Chưa được áp dụng rộng rãi, nhưng trong tương lai,cùng với xu thế phát triển chung trên thế giới Nước ta sẽ ngày càng phát triển, đất

triển Nếu như có thể ứng dụng hệ thống tự động này vào chuỗi nhà hàng khách sạnthì có thể khiến hiệu quả kinh tế của lĩnh vực giải trí, ẩm thực nhà hàng, bar sẽ caohơn, ngoài ra có thể tăng năng suất làm việc, tiết kiệm được thời gian dịch vụ.

1.3 LỰA CHỌN HỆ THỐNG THIẾT KẾ

Hiện nay, Ở nước ngoài hệ thống pha chế Cocktail tự động đã được áp dụngtrên thị trường Tuy nhiên Ở Việt Nam thì chưa được phổ biến lắm và muốn mua thìgiá thành khá là cao Với tâm trí muốn truyền bá lĩnh vực sáng tạo Cocktail tới mọingười xung quanh và nhằm giảm giá thành, nghiên cứu cũng như chế tạo ra một hệthống có nguyên tắc đơn giản hơn phù hợp với nhiều đối tượng sử dụng Em xin

chọn mô hình pha chế tự động tạo ra những ly rượu độc đáo để làm đề tài “Hệ thống pha chế Cocktail tự động sử dụng PLC S7-1200” Hệ thống này tiết kiệm

được chi phí và dễ dàng lắp đặt

Đặc điểm kĩ thuật của mô hình:

- Pha được các loại nước khác nhau từ 6 chai nguyên liệu

- Điều khiển được trên màn hình HMI hay điện thoại từ xa

1.4 Giới hạn đề tài

Đề tài được tập trung vào viết chương trình cho PLC để điều khiển, vận hànhpha chế Cocktail các loại đơn giản, phổ biến Các loại cocktail phức tạp hơn, đòi hỏinhiều công đoạn pha chế hơn, có thể không được đề cập đến

Đề tài chỉ đề cập đến một số thiết bị phần cứng cơ bản, cần thiết cho quátrình pha chế cocktail

Đề tài chỉ đề cập đến các tính năng cơ bản của hệ thống, chẳng hạn như khảnăng pha chế cocktail tự động, khả năng tùy chỉnh thông số pha chế, Các tínhnăng nâng cao hơn, chẳng hạn như khả năng kết nối với internet

1.5 CÔNG THỨC PHA CHẾ CHO HỆ THỐNG

Sau khi nghiên cứu một số loại nước em lựa chọn những công thức sau [5]:

sẽ rất rõ ràng.

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHA CHẾ COCKTAIL TỰ ĐỘNG

2.1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH

Sau khi tham khảo cách vận hành một số hệ thống hiện nay và với kiến thức cóđược em đã cố gắng thi công mô hình diễn đạt được cách vận hành của hệ thốngpha chế Cocktail tự động như sau:

- Động cơ bước, vận hành dây curoa giúp di chuyển chiếc cốc tới từng vị tríchiếc van

- Động cơ giảm tốc, vận hành thanh vít me đẩy van lên chiết rót nguyên liệuxuống cốc

- Các công tắc hành trình, cảm biến tiệm cận để xác định vị trí giới hạn của hệthống

- HMI Hiển thiện giao diện điều khiển trực tiếp

- V-BOX KẾT NỐI INTERNET ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TỪ XA

2.2 SƠ ĐỒ KHỐI

Hình 2.3 Sơ đồ khối

Mô tả các khối

- Khối nút ấn: Nhận tín hiệu điều khiển từ người sử dụng

- Khối cảm biến: bao gồm cảm biến tiệm cận và công tắc hành trình xác định

vị trí

- PLC S7-1200: Nhận tín hiệu đầu vào công tắc hành trình và nút nhấn để đưa

ra tín hiệu điều khiển các thiết bị đầu ra

- Relay: Là thiết bị trung gian giữa PLC và động cơ DC trong hệ thống

- Drive TB6600: Là mạch điều khiển Step motor

- HMI: Màn hình hiển thị điều khiển hệ thống

- Nguồn tổ ong 24V: Cấp nguồn cho các thiết bị PLC.

- V-box: Thiết bị kết nối điều khiển hệ thống từ xa

PLC S7 1200 của hãng Siemens có một giao diện truyền thông mạnh mẽ đápứng tiêu chuẩn cao nhất của truyền thông công nghiệp và đầy đủ các tính năng côngnghệ mạnh mẽ tích hợp sẵn làm cho nó trở thành một giải pháp tự động hóa hoànchỉnh và toàn diện

PLC S7-1200 của Siemens được thiết kế thêm nhiều tính năng tuyệt vời, từ

đó đã khắc phục các nhược điểm của S7-200 trước đây

Trong đề tài này, để đảm bảo số lượng đầu vào và đầu ra, em sử dụng 1 PLC

S7-1200, CPU 1214C DC/DC/DC với 14 đầu vào và 10 đầu ra

Thông số kĩ thuật của PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC mã 6ES7214-1AG40-0XB0:

Thông tin chung

Ký hiệu loại sản phẩm CPU 1214C DC/DC/DC

Nguồn cung cấp

Dòng điện tiêu thụ 500 mA cho duy nhất CPU

Dòng điện tiêu thụ tối đa 1500 mA cho CPU và tất cả các mô

đun mở rộngDòng điện khởi động 12 A tại 28,8 VDC

Dòng điện ngõ ra

Cho Backplane bus (5 VDC), tối đa 750 mA, tối đa 5 VDc cho các mô đun

tín hiệu (SM) và mô đun truyền thông (SM)

Số lượng tối đa mô đun mở rộng 3 mô đun truyên thông, 1 signal

board, 8 mô đun tín hiệu

Cho tín hiệu mức "0": +5 VDC tại 1 mA

Cho tín hiệu mức "1": +15 VDC tại 2.5 mA

độ vòng quay.

Chức năng của động cơ giảm tốc là hãm, giảm tốc độ của vòng quay Việchãm và giảm tốc độ của vòng quay là cơ cấu truyền động bằng ăn khớp trực tiếp, có

tỉ số truyền không đổi Và còn được dùng để kìm hãm vận tốc góc, tăng momentxoắn và là bộ máy trung gian giữa motor và bộ phận làm việc của máy công tác

Được hoạt động theo nguyên lý sau: khi chúng ta muốn số vòng quay củatrục ra hộp số giảm tốc nhỏ, thì chúng ta chỉ tốn ít chi phí khi lắp thêm hộp số giảmtốc lên động cơ điện, mà có thể thay đổi số vòng quay trục ra một cách linh hoạthơn nhiều Ngoài ra còn một yếu tố nữa là: moment xoắn, bạn khó chế tạo 1 động

cơ điện có số vòng quay và moment xoắn theo ý muốn Và người ta gọi đây là tỉ sốtruyền, số vòng quay và moment xoắn tỉ lệ nghịch với nhau

Với những tính năng như vậy, động cơ giảm tốc được em lựa chọn để sửdụng trong mô hình với lý do sau:

- Mô hình sử dụng cơ khí nâng đẩy van và yêu cầu tốc độ di chuyển chậm

- Động cơ với giá thành phù hợp, dễ dàng điều khiển và lắp đặt (Tìm hiểu tại

tài liệu tham khảo [3])

Lựa chọn động cơ:

- 1 động cơ giảm tốc loại: JGY370

- Động cơ giảm tốc JGY370 là một dòng động cơ giảm tốc DC khá phổ biến

và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau như robot, máy in,thiết bị tự động hóa, và nhiều ứng dụng khác trong lĩnh vực điện tử và cơkhí Điều này có thể làm tăng sự phổ biến của chúng do khả năng cung cấphiệu suất ổn định và giá trị đối với một loạt các ứng dụng

- Đặc điểm nổi bật:

 Cung cấp hiệu suất ổn định và độ tin cậy cao trong quá trình hoạt động

 Với tính năng giảm tốc, nó có thể giảm tốc độ đầu ra để tăng moment xoắn,điều này rất hữu ích trong các ứng dụng yêu cầu sức mạnh và kiểm soátchính xác

- Điện áp định mức (Rated Voltage): 24V.

- Tốc độ không tải (No-load Speed): 60rpm.

- Kích thước :77 x 32 x 21.5mm

- Đường kính trục: 5mm

Ở đây em đấu 1 dây động cơ vào con Relay sau đó nối vào chân Q0.2 để chođộng cơ chạy ngược và con Relay còn lại nối vào Q0.3 để chạy thuận.

Hình 2.6 Sơ đồ đấu chân động cơ DC 2.3.2.2 Động cơ bước

Hình 2.7 Step motor

Động cơ bước hay còn gọi là Step Motor là một loại động cơ chạy bằng điện

có nguyên lý và ứng dụng khác biệt với đa số các động cơ điện thông thường.Chúng thực chất là một động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều khiểndưới dạng các xung điện rời rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc quay hoặccác chuyển động của rôto có khả năng cố định roto vào các vị trí cần thiết

Nói chung, động cơ bước (motor bước) là một loại động cơ mà các bạn cóthể quy định được tần số góc quay của nó Nếu góc bước của nó càng nhỏ thì sốbước trên mỗi vòng quay của động cơ càng lớn và độ chính xác của vị trí chúng tathu được càng lớn.

Các góc bước của động cơ có thể đạt cực đại là 90 độ và cực tiểu đến 0,72

độ Tuy nhiên, các góc bước của động cơ thường được sử dụng phổ biến nhất là góc1,8 độ, góc 2,5 độ, góc 7,5 độ và góc 15 độ

Ví dụ: Một động cơ bước có góc 1,8 độ/ bước nếu quay hết 1 vòng khoảng

360 độ thì mất 200 bước (thuật ngữ chuyên ngành gọi là Full Step) Các chế độquay càng nhiều xung thì động cơ quay của máy sẽ càng êm hơn Ở Việt Nam,người ta hay dùng phổ biến nhất là động cơ 200 step

Ưu điểm của động cơ bước – Step Motor.

Với những tính năng đó em chọn động cơ bước với lý do điều khiển dâycuroa giúp phần ly trượt di chuyển tới các vị trí van đã được cố định

Lựa chọn động cơ

- 1 Động cơ bước 57BYG250B

- Động cơ bước 57BYG250B được sử dụng khá rộng rãi trong nhiều ứng

dụng khác nhau, đặc biệt là trong lĩnh vực tự động hóa

- Dòng điện: 3A

- Nguồn cấp: 24VDC

- Tốc độ: max 1000RPM (khuyến nghị < 500RPM)

- Mômen đầu ra: 1.2 Nm (Nm)

- Chiều dài thân: 56mm

- Chiều dài trục: 21mm

- Đường kính trục: 8mm

- Cách ra khỏi trục: trục đơn

Tính toán động cơ bước:

 Động cơ bước phát 6400 xung là quay được 1 vòng:

Góc quay của từng bước là 6400360 =0,005625 độ

 Có thể phát tối đa là 25000 xung/s

Ngoài ra, còn báo pha điện, báo tín hiệu ON, OFF của nguồn thiết bị (trạng

Hình 2.9 Nguồn tổ ong 24V-5A

Với các đầu vào, đầu ra nguồn cấp cho PLC sử dụng trong mô hình đượcchọn, với thông số kỹ thuật đã được trình bày ở trên ta tính chọn nguồn cấp chochúng

Tính toán công suất tiêu thụ của các thiết bị trong hệ thống:

- Công tắc hành trình: Công tắc hành trình là thiết bị điện có dòng điện tiêu

thụ rất nhỏ, thường chỉ vài milliamp Do đó, có thể bỏ qua công suất tiêu thụ củacông tắc hành trình trong quá trình tính toán

- Cảm biến tiệm cận: Công suất tiêu thụ của cảm biến tiệm cận cũng rất nhỏ,

thường chỉ vài milliamp Do đó, có thể bỏ qua công suất tiêu thụ của cảm biến tiệmcận trong quá trình tính toán

- Động cơ bước 57BYG250B: Dòng điện tiêu thụ của động cơ bước

57BYG250B là 1,8A Do đó, công suất tiêu thụ của động cơ bước là:

P=I∗U

P=1,8 A∗24 V =43,2 W

- Động cơ giảm tốc 24V-60rpm: Dòng điện tiêu thụ của động cơ giảm tốc là

0,5A Do đó, công suất tiêu thụ của động cơ giảm tốc là:

P=I∗U

P=0,5 A∗24 V =12W

- PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC: Công suất tiêu thụ của nó là 20W.

Từ các thông số trên, tổng công suất tiêu thụ của hệ thống là:

P t=43,2 W +12W +20 W=75,2 W

Tính toán dòng điện tiêu thụ của hệ thống

Dòng điện tiêu thụ của hệ thống là:

Chọn dòng điện định mức của hệ thống là 4A

Để tiết kiệm chi phí, em sử dụng nguồn tổ ong 24V-5A

Thông số kĩ thuật nguồn tổ ong 24V/5A:

Xuất xứ Trung Quốc

Ưu điểm Tuổi thọ cao, nguồn có lắp tản nhiệt, độ bền tốt do

sử dụng linh kiện chính hãng Tính thẩm mỹ cao

Bảng 2 Thông số kỹ thuật nguồn tổ ong

2.3.4 Chọn các thiết bị đầu vào

2.3.4.1 Công tắc hành trình

Hình 2.10 Công tắc hành trình có con lăn

Đây là một loại công tắc có khả năng điều khiển đóng/ mở Loại công tắc

nào đó Khi dòng điện hoặc động cơ hoạt động, đến vị trí của công tắc sẽ có sự thayđổi tín hiệu Sự thay đổi đó có thể là ngắt tín hiệu, mở hoặc chuyển hóa cơ năngthành điện năng….

Thông số kĩ thuật

- Loại: Bán dẫn

- Đặc điểm: Contact Current Max 15A

- Thương hiệu: Omron

2.3.4.2 Nút nhấn

Hình 2.11 Nút nhấn

Thông số kĩ thuật

- Kích thước: 67x29 mm

- Chất liệu vỏ: Nhựa và kim loại

- Loại: Nút nhấn không tự giữ

- Màu sắc nút nhấn: Xanh, Đỏ, Vàng

- Loại không có đèn báo

- Đường kính lỗ gắn: 22 mm

- Chiều dày ren siết tối đa: 6 mm

2.3.4.3 Chọn relay trung gian

Hình 2.12 Relay trung gian

Relay trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện

và các sơ đồ điều khiển tự động, đặc điểm của relay trung gian là số lượng tiếp điểmlớn (thường đóng và thường mở) với khả năng chuyển mạch lớn và công suất nuôicuộn dây bé nên nó được dùng để truyền, hoặc chia tín hiệu của relay chính đếnnhiều bộ phận khác nhau của mạch điều khiển và bảo vệ

Nếu cuộn dây của relay được cấp điện áp định mức (qua tiếp điểm của relaychính) sức từ động do dòng điện trong cuộn dây sinh ra sẽ tạo ra trong mạch từ từthông, hút nắp làm các tiếp điểm thường mở đóng lại và các tiếp điểm thường đóng

mở ra Khi cắt điện của cuộn dây, lò xo đàn hồi sẽ đưa nắp và các tiếp điểm về vị tríban đầu Do dòng điện qua tiếp điểm có giá trị nhỏ (5A) nên hồ quang khi chuyểnmạch không đáng kể nên không cần buồng dập hồ quang Relay trung gian có kíchthước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 2 cặp thường đóng và thường mở liên động,công suất tiếp điểm cỡ 5A, 250VAC, 28VDC, hệ số nhả của relay nhỏ hơn 0,4; thờigian tác động dưới 0,05s; tuổi thọ tiếp điểm đạt 106±107lần đóng cắt, cho phép tần

2.3.4.4 Cảm biến tiệm cận

Hình 2.13 Cảm biến tiệm cận PNP

Cảm biến tiệm cận PNP là một loại cảm biến tiệm cận sử dụng bóng bán dẫnPNP để tạo ra đầu ra Khi một đối tượng đi vào phạm vi phát hiện của cảm biến,bóng bán dẫn PNP sẽ dẫn điện, tạo ra đầu ra ở mức cao

Cảm biến tiệm cận PNP thường được sử dụng trong các ứng dụng mà đầu ra

ở mức cao được yêu cầu khi có đối tượng ở gần Ví dụ, cảm biến tiệm cận PNP cóthể được sử dụng để điều khiển máy móc, bật/tắt đèn hoặc gửi tín hiệu đến hệ thốngđiều khiển

Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận PNP như sau:

Khi không có đối tượng ở gần, trường điện từ hoặc chùm bức xạ điện từ từđầu phát sẽ không bị gián đoạn Đầu thu sẽ không nhận được tín hiệu trả về và bóng

bán dẫn PNP sẽ ở trạng thái không dẫn điện.

Khi có đối tượng ở gần, trường điện từ hoặc chùm bức xạ điện từ từ đầu phát

sẽ bị gián đoạn Đầu thu sẽ nhận được tín hiệu trả về và bóng bán dẫn PNP sẽ dẫnđiện Điều này sẽ tạo ra đầu ra ở mức cao

Cảm biến tiệm cận PNP có một số ưu điểm sau:

 Có độ nhạy cao: Cảm biến tiệm cận PNP có thể phát hiện đối tượng ởkhoảng cách rất gần

 Có độ phân giải cao: Cảm biến tiệm cận PNP có thể phát hiện đối tượng với

độ chính xác cao

 Có độ bền cao: Cảm biến tiệm cận PNP có thể hoạt động trong nhiều điềukiện môi trường khắc nghiệt

Tuy nhiên, cảm biến tiệm cận PNP cũng có một số nhược điểm sau:

 Có giá thành cao hơn các loại cảm biến tiệm cận khác

 Cần sử dụng nguồn cấp riêng

2.3.5 Thiết bị Ngoài

2.3.5.1 HMI

Hình 2.14 Màn hình HMI Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0 4 inch

Màn hình HMI Siemens 6AV2123-2DB03-0AX0 là màn hình cảm ứng cơbản 4-inch thuộc dòng SIMATIC HMI KTP400 Nó được thiết kế cho các ứng dụnghiển thị và vận hành đơn giản trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp

 Kết nối mạng: Hỗ trợ kết nối 4G/4G Global, WIFI và Ethernet.

 Giao tiếp: Hỗ trợ giao thức Modbus TCP/IP, RTU, ASCII

 I/O: 2 đầu vào optocoupler, 2 đầu ra relay

 Cổng kết nối: 3 cổng Ethernet với WAN/LAN

 Kiểu lắp đặt: Din rail / Vít

 Dễ dàng sử dụng: Cấu hình đơn giản thông qua web interface

 Giám sát dữ liệu: Dữ liệu lịch sử và dữ liệu báo động được lưu trữ trên đámmây có thể được xuất khi cần

 Hiển thị dữ liệu: Dữ liệu thời gian thực, đường cong thời gian thực

 An toàn và bảo mật: V-BOX H-AG được thiết kế với các tính năng bảo mật

để bảo vệ dữ liệu và hệ thống của bạn

Thông số kĩ thuật:

 Điện áp hoạt động: 10V - 45V DC

 Dòng điện tối đa: 4.5A (tăng cường)

 Chế độ vi bước: Full, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 bước

 Tần số xung đầu vào tối đa: 200kHz

 Chế độ bảo vệ: Quá dòng, quá áp, quá nhiệt, ngắn mạch

 Kích thước: 48 x 43 x 24 mm

Các tính năng nổi bật của IC TB6600:

 Dòng điện hoạt động cao, lên đến 4.5A, cho phép điều khiển các động cơ bước có công suất lớn

 Hỗ trợ nhiều chế độ vi bước, từ full step đến 1/16 step, giúp điều khiển động cơ với độ chính xác cao và giảm rung động

 Tần số xung đầu vào tối đa cao, lên đến 200kHz, cho phép điều khiển động

cơ với tốc độ cao

 Chế độ bảo vệ toàn diện, bao gồm bảo vệ quá dòng, quá áp, quá nhiệt và ngắn mạch, giúp bảo vệ động cơ và IC khỏi hư hỏng

 Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt và tích hợp vào các thiết bị khác

 A+: Chân dương của cuộn dây 1.

 A-: Chân dương của cuộn dây 1

 B+: Chân cực của cuộn dây 2

 B-: Chân âm của cuộn dây 2

Tín hiệu:

 PUL (CLK): Tín hiệu xung điều khiển bước quay động cơ

 DIR: (CW): Tín hiệu điều khiển chiều quay của động cơ

 ENA: Tín hiệu cho phép/ không cho phép modul hoạt động

Các công tắc này được sử dụng để điều khiển độ phân giải microstep và giớihạn dòng điện của trình điều khiển

Có thể thay đổi độ phân giải microstep từ bước đầy đủ thành 1/32 bước bằngcách chuyển công tắc S1 sang S3

Hình 2.17 Bảng công tắc chuyển đổi độ phân giải

Có thể điều chỉnh dòng điện đi đến động cơ khi nó chạy bằng cách bật hoặctắt các công tắc nhúng S4, S5 và S6

Hình 2.18 Bảng điều chỉnh dòng điện

2.3.5.4 Đèn Dây Led RGB

Hình 2.19 Đèn dây led RGB

Đèn Dây Led RGB 16 triệu màu 2M 3M 5M điều khiển bằng điện thoại:

- Điện áp hoạt động: 5V (sử dụng cổng USB cực kì tiện lợi).

- Loại bóng sử dụng: Đèn Led RGB 5050 cao cấp.

- Màu sắc: RGB 16 triệu màu.

- Kích thước: 3m/cuộn và 5m/cuộn.

- Đèn được bọc silicon chống đứt, chống nhiễm điện, chống nước IP65.

Ở trong hệ thống này em sử dụng đèn led RGB gắn xung quanh hệ thống để trang trí nhấp nháy cho hệ thống cho đẹp

2.3.6 Thiết kế và thi công phần cứng

2.3.6.1 Xây dựng hệ thống chuyển động