Thiết kế và giám sát hệ thống đóng gói sản phẩm

Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ngành công nghiệp tự động hóa dùng PLC ứng dụng vào các nhà máy côngnghiệp hiện nay là một phương phát hiệu quả nhất trong lao động, giúp gi

Trang 1

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

DƯƠNG TIẾN ANH

THIẾT KẾ VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG

Đà nẵng, tháng 12/2023

Trang 2

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI

SẢN PHẨM

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG

Đà Nẵng, 12/2023

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Qua bốn năm rưỡi phấn đấu và học hỏi không ngừng, cuối cùng em cũng đãhoàn thành đồ án tốt nghiệp Để đạt được thành quả này, phải kể đến công lao to lớncủa toàn thể thầy cô, bạn bè đã tận tình dạy dỗ và giúp đỡ em trong suốt quá trìnhhọc tập từ khi em mới bước vào trường còn nhiều bỡ ngỡ Qua đây em xin gửi lờicảm ơn chân thành đến toàn thể các thầy giáo, cô giáo trường Đại học Duy Tân, đặcbiệt là cô giá Lê Phượng Quyên – Người đã luôn luôn giúp đỡ, hướng dẫn tận tình

em trong suốt quá trình làm đồ án Em đã học hỏi được ở thầy phương pháp làmviệc khoa học, tính kiên trì, sáng tạo trong nghiên cứu và nhiều kiến thức bổ ích

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong trường đạihọc Duy Tân nói chung, các thầy cô trong khoa Điện – Điện tử nói riêng Các thầy

cô đã truyền đạt và hướng dẫn chúng em những kiến thức nền tảng quan trọng củangành học giúp chúng em vận dụng phát huy vào thực tế đồ án

Em xin kính chúc các cô giáo, thầy giáo, các anh chị và các bạn luôn mạnhkhỏe, hạnh phúc và thành công trong cuộc sống!

Trang 4

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng em dưới sự hướngdẫn tận tình của cô giáo Lê Phượng Quyên

Các số liệu, kết quả, cấu tạo và chức năng của của sản phẩm nêu trong khóaluận là trung thực và không sao chép của riêng ai Nội dung của đồ án có tham khảovà sử dụng các tài liệu, thông tin trên internet đã được xác nhận theo danh mục tàiliệu tham khảo ở cuối quyển khóa luận này

Đà Nẵng, ngày… tháng… năm 2023Sinh viên thực hiện

Trang 5

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHŨ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Dương Tiến AnhMã số sinh viên : 25211709306Khoa : Điện – Điện tử

Chuyên ngành : Điện tự độngNiên khóa : 2019 – 2023

TÊN ĐỀ TÀI: “Thiết kế và Giám sát Hệ Thống Đóng Gói Sản Phẩm”.

NỘI DUNG CƠ BẢN DỰ KIẾN THỰC HIỆN:

 Giới thiệu tổng quan về hệ thống

 Thiết kế và thi công mô hình hệ thống “Thiết kế và Giám sát HệThống Đóng Gói Sản Phẩm”

 Thực nghiệm và đánh giá kết quả

Đà Nẵng, Ngày Tháng Năm 2023GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Ths Lê Phượng Quyên

Trang 6

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM 3

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 3

1.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 5

1.2.1 Đối tượng nghiên cứu PLC (s7-1200 AC/DC/RELAY) 5

1.2.2 Phạm vi nghiên cứu 5

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 5

1.4 DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 6

1.4.1 Cách hoạt động 6

1.4.2 Cách giám sát 6

1.4.3 Phương pháp thu thập xữ lý dữ liệu 7

1.4.4 Phương pháp điều khiển 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8

2.1 TỔNG QUAN VỀ PLC S7-1200 8

2.1.1 Plc s7-1200 8

2.1.2 Đặc điểm của plc s7-1200 (AC/DC/RELAY) 8

2.1.3 Cấu tạo và cấu hình plc s7-1200 9

2.1.3.1 Cấu tạo 9

2.1.3.2 Cấu hình 10

2.1.4 Ngôn ngữ lập trình 11

2.1.4.1 Ladder 11

2.1.4.2 SCL 12

2.1.5 Chuẩn giao tiếp 13

Trang 7

2.1.5.1 EtherNet/IP 13

2.1.5.2 Modbus 14

2.1.5.3 Profibus: 15

2.2 HỆ THỐNG KHÍ NÉN 15

2.2.1 Khí nén là gì 15

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG 17

3.1 TÍNH TOÁN CHỌN THÀNH PHẦN CHO HỆ THỐNG 17

3.1.1 Sơ đồ khối chức năng 17

3.1.2 Chức năng chi tiết của từng khối 17

3.1.3 Các thành phần trong khối chức năng 18

3.1.4 Giới thiệu chi tiết thành phần 18

3.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ 20

3.1.1 Nguồn tổ ong 21

3.1.3 Terminal block 22

3.1.4 Rơ le trung gian 23

3.1.5 Van khí nén 23

3.1.6 Xylanh khí nén 24

3.1.7 Dây điện 25

3.1.8 Tủ điện 26

3.1.9 Cảm biến 27

3.1.10 Băng tải 28

3.10 BỐC TÁCH KHỐI LƯỢNG LINH KIỆN VÀ TÍNH TOÁN GIÁ CẢ 29

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 31

4.1 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 31

4.1.1 Lưu đồ tổng thể 32

4.1.2 Lưu đồ chế độ bằng tay 33

4.1.3 Lưu đồ chế độ tự động 34

4.1.4 lưu đồ báo lỗi 36

4.2 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 37

Trang 8

4.2.1 Chi tiết từng chương trình 37

4.3 THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH GIÁM SÁT 48

4.4 THIẾT KẾ BẢN VẼ ĐIỆN 53

4.4.1 bản vẽ số 1 : cấp nguồn 53

4.4.2 bản vẽ số 2 : thanh chia nguồn 54

4.4.3 bản vẽ số 3 : đấu nối rơle 56

4.4.4 bản vẽ số 4 : đầu vào plc 57

4.4.5 Bản vẽ số 5 : đầu ra plc 58

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 59

5.1 KẾT QUẢ THỰC TẾ 59

5.1.1 Kết quả phần cơ 59

5.2 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 62

5.3 KẾT LUẬN 65

5.3.1 Hướng phát triển của đồ án 65

TÀI LIỆU THAM KHẢO 66

Trang 9

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Thông số kỹ thuật của s7-1200 ac/dc/relay 10

Bảng 3 1 Giới thiệu linh kiện trong sơ đồ 18

Bảng 3 2 Bảng giá linh kiện 29

Bảng 5 1 Kết quả thử nghiệm băng tải 1 62

Bảng 5 2 Kết quả thử nghiệm băng tải 2 63

Bảng 5 3 Kết quả thử nghiệm xylanh 1 63

Bảng 5 4 Kết quả thử nghiệm cảm biến 1 63

Bảng 5 6 Kết quả thử nghiệm cảm biến 3 64

Bảng 5 7 Kết quả thử nghiệm cấp hàng 64

Bảng 5 8 Kết quả thử nghiệm đẩy hàng 64

Trang 10

DANH MỤC HÌNH

Hình 2 1 Plc s7-1200 ac/dc/relay 9

Hình 2 2 Các công kết nối và bộ phận trên PLC 10

Hình 2 3 Ví dụ một chương trình đơn giản sử dụng ngôn ngữ ladder 11

Hình 2 4 Ví dụ liên quan đến ngôn ngữ SCL 13

Hình 2 5 Cấu trúc chuẩn giao tiếp ethernet 14

Hình 2 6 Cấu trúc chuẩn giao tiếp modbus 14

Hình 2 7 Cấu trúc chuẩn giao tiếp profibus 15

Hình 2 8 Cơ cấu xylanh dùng khí nén đẩy 16

Hình 3.1 Sơ đồ khối 17

Hình 3 2 Sơ đồ đấu nối thực tế của khối 18

Hình 3 3 Nguồn tổ ong 21

Hình 3 4 Aptomat (CB) 22

Hình 3 5 Thanh Teminal 12 chấu 22

Hình 3 6 Rơ le trung gian 23

Hình 3 7 Van khí nén 24v 24

Hình 3 8 Xylanh khí nén 24

Hình 3 9 Các loại kích cở của dây điện 25

Hình 3 10 Tủ điện sử dụng trong công nghiệp loại nhỏ 26

Hình 3 11 Cảm biến hồng ngoại 27

Hình 3 12 Cấu tạo của băng tải trong mô hình 28

Hình 3 13 Khung nhôm định hình làm khung băng tải 29

Hình 3 14 Dây băng tải 29

Hình 4 1 Lưu đồ tổng thể 32

Hình 4 2 Lưu đồ chế độ bằng tay 33

Hình 4 3 Lưu đồ chế độ tự động 34

Trang 11

Hình 4 4 Lưu đồ chế độ báo lỗi 36

Hình 4 33 Giao diện TIA portal V1 48

Hình 4 34 Chọn openthe project view 49

Hình 4 35 Chọn add new divices 49

Hình 4 36 Cài chọn thiết bị trong phần mềm 50

Hình 4 37 Project mới được hiện ra 50

Hình 4 38 Thiết lập wincc để vẽ giao diện điều khiển 51

Hình 4 39 chọn modul truyền thông 51

Hình 4 40 Giao diện ban đầu của wincc 52

Hình 4 41 Mặt ngoài và trong của tủ điện 54

Hình 4 42 bản vẽ nguồn 55

Hình 4 43 Sơ đồ nối điện số 3 rơ le 56

Hình 4 44 Sơ đồ nối điện số 4 đầu vào plc 57

Hình 4 45 Sơ đồ nối điện số 5 đầu ra plc 58

Hình 5 1 Kết quả lắp ráp phần cơ 59

Hình 5 2 Kết quả chế tạo mô hình bình khí nén 60

Hình 5 3 Kết quả đấu nối hộp điện 61

Hình 5 4 Kết quả điều khiển scada tia portal v16 62

Trang 12

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Đề tài "Đóng gói Sản Phẩm " không chỉ là một ước mơ nghệ thuật mà còn làmột hành trình cấp thiết trong bối cảnh ngành sản xuất ngày nay Để tăng cườnghiệu quả sản xuất quá trình đóng gói tự động giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất,giảm thời gian và nhân công cần thiết, từ đó cải thiện năng suất và giảm chi phí vàđể chấp nhận xu hướng trong bối cảnh nông nghiệp và ngành sản xuất đang pháttriển, sự tự động hóa trong quá trình đóng gói không chỉ giúp tăng cường khả năngcạnh tranh mà còn đáp ứng nhanh chóng với các xu hướng như nông nghiệp hữu cơvà bền vững

Hệ thống đóng gói tự động có thể được thiết kế để kiểm soát chặt chẽ quátrình đóng gói, giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và an toàn thực phẩm Việc sửdụng máy móc và hệ thống tự động giảm độ phụ thuộc vào lao động, giúp giảmthiểu tác động của thiếu hụt nhân công và tăng tính ổn định trong quá trình sản xuất.Hệ thống tự động có khả năng thu thập dữ liệu và cung cấp thông tin chi tiết về quátrình đóng gói, giúp quản lý hiểu rõ hơn về hiệu suất và làm cơ sở cho quyết địnhtối ưu hóa Vì vậy đề tài này không chỉ đáp ứng nhu cầu cụ thể trong quá trình đónggói sản phẩm mà còn chung minh sự quan trọng của sự đổi mới và tự động hóatrong nền công nghiệp hiện đại Trong khóa luận này em đã thực hiện chương trìnhdựa trên việc điều khiển bộ lập trình PLC dùng công nghiệp để điều khiển các cơcấu chấp hành tự động Ngoài ra em còn thiết lập hệ thống giám sát Vì đã nhận

thấy tầm quan trọng của vấn đề này, em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế và Giám sát Hệ Thống Đóng Gói Sản Phẩm”.

2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn

Ngành công nghiệp tự động hóa dùng PLC ứng dụng vào các nhà máy côngnghiệp hiện nay là một phương phát hiệu quả nhất trong lao động, giúp giảm thiểunguồn nhân lực tăng hiệu suất kinh tế Việc sử dụng PLC ứng dụng điều khiển máymóc có ứng dụng thực tế trong sản xuất hàng hóa công nghiệp nhẹ, công nghiệpnặng, sản xuất các mặt hàng thiết yếu trong xã hội từ lớn tới nhỏ,…

3 Mục tiêu

Thiết kế một hệ thống đóng gói sản phẩm có đủ 2 phần,phần điều khiển vàphần giám sát, phần điều khiển có thể vận hành và quản lý được các tác vụ trước,trong và sau khi hệ thống khởi động, phần giám sát có thể quản lý được dữ liệu hoạtđộng trên hệ thống tránh sự sai sót trong quá trình đóng gói thủ công và giảm thiểusức lao động công nhân

Trang 13

Toàn bộ phần cơ như băng chuyền, xy lanh, cảm biến, mặt hàng đều hoạtđộng dựa trên sự giám sát của hệ thống màn hình điều khiển.

Thiết lập các loại cảnh báo như lỗi hàng, lỗi nhập hàng, lỗi hoạt động trênmàn hình điều khiển

Trích lọc được dữ liệu hoạt động của hệ thống trên để kiểm tra theo thời gianhàng giờ, hàng tuần và hàng tháng

Tối ưu hóa nhất các mã lệnh trong trong plc để giúp những người vận hànhsau dễ dàng hiệu chỉnh tập lệnh nếu muốn cải tiến thêm về sau

Thiết kế màn hình giám sát hệ thống một cách tối ưu dễ hiểu, dễ vận hànhcho người sử dụng hệ thống

4 Ý tưởng

Mô Tả Chung: Phát triển một hệ thống đóng gói tự động sử dụng PLC

S7-1200 để tối ưu hóa quy trình sản xuất và đảm bảo chất lượng sản phẩm

Ý tưởng chính :

Quá trình hoạt động: Em dùng cảm biến số 1 bắt vật (thùng hàng) khi vậtchạm vào cảm biến dừng băng chuyền thùng, bật băng chuyền hàng để thả hàngvào thùng ,dùng tiếp cảm biến thứ 2 để đếm lượng hàng đã cho vào thùng khi lượnghàng đã đủ chỉ tiêu đã thiết lập băng tải thùng hoạt động, dùng cảm biến thứ 3 đếmsố thùng đã đóng gói và kích pitong đẩy thùng sang vị trí hoàn thành

Quản lý Lượng Sản Phẩm: Sử dụng hệ thống đo lường và cảm biến để kiểmsoát lượng sản phẩm trước, trong, và sau khi đóng gói

Giao Diện Người Dùng:

Với màn hình Scada thiết kế một giao diện người dùng thân thiện với ngườisử dụng để theo dõi và kiểm soát quá trình đóng gói

Kiểm Soát Đa Nhiệm: Sử dụng chức năng kiểm soát đa nhiệm của PLC đểđồng thời xử lý nhiều tác vụ, như kiểm soát băng chuyền, quá trình đóng gói, vàgiao diện người dùng

Mở Rộng Tính Năng Tương Lai:

Kết nối IoT dựa vào cơ sở hạ tầng IoT để mở rộng tính năng theo dõi từ xavà thu thập dữ liệu để phân tích hiệu suất

5 Bố cục

Khóa luận gồm 4 chương :

Chương 1 : TỔNG QUAN ĐỀ TÀI ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM

( Giới thiệu khái quát về đề tài )

Chương 2 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Trang 14

( Giới thiệu chung về các linh kiện các thành phần, cấu tạo của từng loại linhkiện đó, công dụng được sử dụng trong đề tài )

Chương 3 : TÍNH TOÁN VÀO LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CHÍNH CỦA

HỆ THỐNG

( Tính chọn thành phần, phân tích công dụng của thành phần trong hệ thống,thi công hệ thống này )

Chương 4 : THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

Chương 5 : KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Trang 15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM

Theo như em nhận thấy hiện nay đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏthì việc tự động hóa chưa được áp dụng vào những khâu xuất hàng, đóng hàng,kiểm soát lượng hàng hóa mà vẫn còn sử dụng nhân công làm việc thủ công, chínhvì vậy nhiều khi cho năng suất thấp, chưa đạt hiệu quả tối ưu Từ những điều đãđược nhìn thấy ở thực tế và những kiến thức mà em đã được học ở trường cùng vớisự giúp đỡ của cô giáo hướng dẫn em đã quyết định thiết kế và thi công một môhình sử dụng băng chuyền để cung cấp sản phẩm, đếm sản phẩm, kiểm soát lượnghàng, để mô phỏng cho quá trình thực tế và nó thật sự có ý nghĩa khi làm tăng năngsuất lao động, giảm giá thành sản phấm, dễ dàng quản lý kiểm soát, góm phầnchung cho sự phát triển ngành công nghiệp

1.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu PLC (s7-1200 AC/DC/RELAY)

PLC S7-1200: Nghiên cứu có thể tập trung vào các tính năng và khả năngcủa PLC S7-1200, một hệ thống kiểm soát tự động công nghiệp của Siemens.Hệ thống đóng gói: Tập trung vào các quá trình đóng gói sản phẩm trong môitrường công nghiệp và ứng dụng của PLC trong quá trình này

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

Tích hợp PLC trong quá trình đóng gói: Nghiên cứu về cách PLC S7-1200 cóthể được tích hợp vào hệ thống đóng gói để kiểm soát và giám sát các quy trình.Tối ưu hóa quy trình đóng gói: Nghiên cứu về cách sử dụng PLC để tối ưu hóahiệu suất và chính xác trong quá trình đóng gói sản phẩm

Đo lường và kiểm soát dữ liệu: Nghiên cứu về cách PLC có thể đo lường vàgiám sát các tham số liên quan đến hiệu suất và chất lượng sản phẩm trong quá trìnhđóng gói

Tính chính xác: Nghiên cứu về cách PLC S7-1200 có thể được sử dụng đểđảm bảo chính xác các thông số trong quá trình đóng gói

Vì là mô hình nhỏ nên các cơ cấu chấp hành và thành phần trong mô hình là

do em tự chế tạo mang tính chất tượng trưng

1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đợt 1: Lập Kế Hoạch và Nghiên Cứu:

- Xác định mục tiêu cụ thể của đề tài đóng gói sản phẩm

- Nghiên cứu về PLC S7-1200, các chức năng và khả năng của nó trongviệc kiểm soát và giám sát quá trình đóng gói

Đợt 2: Thiết Kế Hệ Thống:

Trang 16

- Xác định các thiết bị cần thiết như cảm biến, motor, băng chuyền, vàcác phần khác liên quan đến quá trình đóng gói.

-Xây dựng sơ đồ điều khiển và mô phỏng quy trình đóng gói trên phầnmềm thiết kế PLC

Đợt 3: Chuẩn Bị Phần Cứng:

-Mua sắm và lắp đặt các thiết bị cần thiết như PLC S7-1200, cảm biến,motor và các thiết bị khác

-Kết nối và lắp đặt các thành phần vật lý theo kế hoạch thiết kế

- Lập Trình PLC: Sử dụng phần mềm lập trình PLC S7-1200 (SiemensTIA Portal) để lập trình logic điều khiển quá trình đóng gói

Xác định các biến đầu vào và đầu ra, lập trình các chức năng kiểm soát, và tối ưuhóa quy trình đóng gói

- Kiểm Tra và Sửa Lỗi:

Tiến hành kiểm tra chức năng của hệ thống bằng cách sử dụng mô phỏng trướckhi triển khai trên phần cứng

Điều chỉnh và sửa lỗi trong chương trình PLC để đảm bảo tính ổn định và hiệuquả của quy trình đóng gói

Đợt 4: Triển Khai và Kiểm Tra Thực Tế :

-Triển khai và kiểm tra lại tính đúng đắn và hiệu suất của hệ thống trongđiều kiện hoạt động thực tế

-Viết báo cáo và Báo cáo đồ án:Bắt tay viết báo cáo khái quát đồ án nộpcho giáo viên hướng dẫn để hiệu chỉnh báo đồ án và bảo vệ đồ án ở hội đồng

1.4 DỰ KIẾN KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

1.4.1 Cách hoạt động

Hệ thống đóng gói gồm có 2 thành phần chính, gồm có phần cấp hàng (CV1)và phần nhận hàng (CV2), thành phần 1 cung cấp số lượng hàng (CV1) không giớihạn tùy thuộc theo mong muốn, người vận hành chỉ cần nhập thông số lượng hàngmuốn đóng trong một thùng rồi nhấn khởi động hệ thống thì các tác vụ sẽ tự độnglàm nhiệm vụ đóng gói

Hai thành phần này hoạt động liên kết mật thiết với nhau theo mỗi chu kỳsau khi hoàn thiện một thùng một chu kỳ mới sẽ lặp lại, các tác vụ được kiểm soátbằng giao diện trên SCADA, các thiết bị cảm biến có nhiệm vụ nhận tín hiệu điện,phần cấp hàng là CV1 cấp hàng kết quả của việc cấp hàng và nhận hàng được hệthống cảm biến lưu trữ các biến số

Trang 17

Các thông số dữ liệu số lượng hàng đã xuất, những thùng đã được đóng gói,thời gian hệ thống đã vận hành được em lưu vào thanh ghi, em dùng các dữ liệu nàyđể kiểm soát quá trình hoạt động của hệ thống bằng một file báo cáo các excel.

Phần 2 : Điều khiển

Bật tắt các thành phần như băng tải, xylanh, cảm biến

Thiết lập các mặt hàng trong một thùng

Chế độ hoạt động gồm : Tự động và bằng tay

1.4.3 Phương pháp thu thập xữ lý dữ liệu.

Các thông tin của mặt hàng vào thùng, các thùng được đóng gói được lưuvào những thanh ghi MD, MW để dùng cho việc truy xuất dữ liệu giúp người vậnhành kiểm soát quá trình sản xuất

1.4.4 Phương pháp điều khiển.

Khi nhấn nút START thì băng tải BT1 chạy để đưa thùng đựng sản phẩm đếnvị trí cảm biến CB2, lúc này băng tải BT1 tự động dừng lại và băng tải BT2 bắt đầuchạy để đưa sản phẩm vào thùng Số lượng sản phẩm trong mỗi thùng được đếmbằng cảm biến CB1

Khi số lượng sản phẩm trong thùng bằng số lượng quy định thì băng tải BT2tự động dừng lại và băng tải BT1 sẽ ON lên để cấp thùng mới vào vị trí tại CB1, cácthùng hàng sau khi được cấp đủ hàng sẽ được xy lanh đẩy ra ngoài nếu là mặt hàngcao để hoàn tất chu trình đóng gói hàng Quá trình như trên sẽ được lập lại nếungười dùng không tác động vào nút STOP

Khi người dùng tác động vào nút STOP thì hệ thống sẽ dừng lại

Trang 18

Hiệu suất nhanh và chính xác của S7-1200 đảm bảo hiệu suất tốt trong các ứng dụng đòi hỏi sự linh hoạt và đáng tin cậy Nó hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông như PROFINET, Modbus, và Ethernet/IP, giúp tích hợp dễ dàng vào các hệ thống tự động hóa toàn diện.

Với tính năng bảo mật cao như mã hóa, chứng thực và quản lý truy cập,

S7-1200 đảm bảo an toàn và bảo mật cho hệ thống Nó cũng có khả năng tích hợp với nhiều loại cảm biến và thiết bị ngoại vi khác nhau thông qua các cổng kết nối và cổng mở rộng

PLC S7-1200 không chỉ cung cấp giải pháp toàn diện với nhiều chức năng như lập trình PID, quản lý ngắn mạch, và chức năng tự động chẩn đoán lỗi, mà còn hỗ trợ các công cụ giám sát và chẩn đoán, giúp dễ dàng bảo dưỡng và nâng cấp hệ thống mà không làm gián đoạn quá nhiều

2.1.2 Đặc điểm của plc s7-1200 (AC/DC/RELAY).

Kiểu nguồn điện đa dạng: S7-1200 AC/DC/RELAY hỗ trợ nhiều loại nguồnđiện, bao gồm cả nguồn điện xoay chiều (AC) và nguồn điện một chiều (DC).Điều này làm cho nó linh hoạt trong việc sử dụng trong các ứng dụng với nguồncung cấp khác nhau

Ngõ ra Relay: Phiên bản "RELAY" của S7-1200 đi kèm với đầu ra Relay,cho phép kết nối và điều khiển các thiết bị với đầu ra Relay như motor, van, bơm,và nhiều thiết bị khác

Kích thước nhỏ gọn: PLC S7-1200 AC/DC/RELAY có kích thước nhỏ gọn,giúp tiết kiệm không gian trong các ứng dụng có hạn chế về không gian

Trang 19

Hình 2 1 Plc s7-1200 ac/dc/relay

- Hiệu suất cao: Mặc dù có kích thước nhỏ, S7-1200 AC/DC/RELAY vẫncung cấp hiệu suất ổn định và đáng tin cậy cho việc điều khiển các quy trình côngnghiệp và tự động hóa

- Phần mềm lập trình: PLC S7-1200 được lập trình bằng các phần mềm lậptrình của Siemens như SIMATIC STEP 7, giúp lập trình viên tạo các chương trìnhđiều khiển một cách hiệu quả

- Kết nối mạng và giao tiếp: S7-1200 hỗ trợ nhiều giao thức giao tiếp và kếtnối mạng như Profibus, Profinet và Modbus, cho phép tích hợp dễ dàng với cácthiết bị khác trong hệ thống tự động hóa

2.1.3 Cấu tạo và cấu hình plc s7-1200.

• N cực âm nguồn 220v

• 24V: cấp điện áp 5V đầu ra

• L+: xuất nguồn 24vdc dùng dự phòng, Mặc dù vậy vẫn được lấy nguồn 24Vtừ chân này để sử dụng cho cảm biến

• M: chân âm của 24vdc

• 24vdc inputs: điện áp hoạt động của plc có thể được đo ở chân này

• Run/stop : báo hoạt động

• Error : báo lỗi

Trang 20

Hình 2 2 Các công kết nối và bộ phận trên PLC

2.1.3.2 Cấu hình

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật của s7-1200 ac/dc/relay

Progamble logic control S7-1200 1214 ac/dc/relay

Điện áp hoạt động 220V AC

Tần số hoạt động 10 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA

Điện áp vào khuyên dùng 220 VAC

Điện áp vào giới hạn 120-240 VAC

Số chân Analog 2

Bộ nhớ làm việc 100 kbyte

Xử lý hình ảnh I/O = 1 kbyte

Time of day Thời gian thực

Digital inputs 14; Integrated

6; HSC (High Speed Counting)

Digital outputs 10; Relays

Analog inputs 2

Trang 21

Hình 2 3 Ví dụ một chương trình đơn giản sử dụng ngôn ngữ ladderNgôn ngữ Ladder Logic liên quan trực tiếp đến các thiết bị điện tử và cơ khítrong hệ thống, với mỗi biểu tượng trên biểu đồ tương ứng với một thiết bị hoặcchức năng cụ thể, chẳng hạn như cảm biến, relay, motor, van, và nhiều hơn nữa,chương trình Ladder Logic thực hiện các quy tắc logic và điều kiện điều khiển,thường được triển khai trong các bộ điều khiển logic programable (PLC), máy tínhcông nghiệp và hệ thống tự động hóa công nghiệp để kiểm soát quy trình sản xuất.

Trang 22

Ladder Logic dễ dàng để hiểu và theo dõi thông qua biểu đồ cái thang, vàthực hiện các câu lệnh và xử lý logic theo thứ tự tuần tự từ trái sang phải, từ trênxuống dưới trong mỗi rung.

Ngoài lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, Ladder Logic cũng được ứng dụngtrong các lĩnh vực khác như hệ thống điều khiển cơ khí và hệ thống đèn giaothông.duino là một bo mạch xử lý được sử dụng để lập trình tương tác với nhiềuthiết bị phần cứng như cảm biến, động cơ,… Điểm hấp dẫn nhất ở ngôn ngữ lậptrình trên Arduino so với những anh em lập trình khác là nó cực kì dễ học và nắmbắt Những ngoại vi trên bo mạch đều đã được tiến hành chuẩn hóa, vì vậy, dùkhông biết nhiều về điện tử cũng vẫn có thể lập trình để tạo ra những ứng dụng thúvị

Ưu điểm :

- Dễ Hiểu và Sử Dụng: Ladder Logic sử dụng biểu đồ cái thang, giúp ngườilập trình và người điều khiển dễ dàng theo dõi logic của chương trình Biểu đồ cáithang tương tự với các sơ đồ điện và các thiết bị trong thế giới thực, làm cho nó trựcquan và dễ hiểu

- Thực Hiện Logic Điều Khiển: Ladder Logic chủ yếu được thiết kế để thựchiện logic điều khiển, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng điều khiển quy trìnhsản xuất, tự động hóa công nghiệp, và nhiều hệ thống logic phức tạp khác

- Sử dụng rộng rãi: Ladder Logic đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều nămvà đã trở thành một ngôn ngữ chuẩn trong ngành tự động hóa công nghiệp Nó hỗtrợ nhiều loại thiết bị và các ứng dụng khác nhau

- Hỗ trợ rộng rãi: Có nhiều công cụ lập trình hỗ trợ cho Ladder Logic, và nó

có sẵn trên nhiều nền tảng phần cứng khác nhau, bao gồm các bộ điều khiển logicprogramable (PLC)

- Liên quan Trực tiếp Đến Hệ Thống Vật Lý: Mỗi phần tử trong LadderLogic tương ứng với một thiết bị vật lý hoặc chức năng cụ thể trong hệ thống điềukhiển, giúp liên kết trực tiếp với thế giới thực

2.1.4.2 SCL

SCL là từ viết tắt của “Structured Control Language”, là một ngôn ngữ lậptrình cấp cao, dựa trên ngôn ngữ lập trình Pascal cho phép lập trình có cấu trúc.Ngôn ngữ lập trình SCL tương ứng với ngôn ngữ lập trình Structured Text (ST)được chỉ định trong DIN EN-61131-3 (IEC 61131-3)

Ngôn ngữ lập trình SCL được sử dụng trong các hệ thống điều khiển củaSiemens (chuyên dụng trong tự động hóa và điều khiển công nghiệp) SCL là mộtphần của bộ phần mềm lập trình STEP 7 của Siemens và là một ngôn ngữ lập trình

Trang 23

trên nền tảng text-based, cho phép lập trình viên viết các chương trình điều khiển tựđộng hóa dựa trên các thuật toán phức tạp.

Hình 2 4 Ví dụ liên quan đến ngôn ngữ SCLSCL được phát triển dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 61131-3 và cókhả năng thực hiện các phép toán logic, tính toán số học, các phép so sánh, lệnhđiều khiển và nhiều tính năng khác SCL cũng có thể sử dụng để viết các chươngtrình đa nhiệm, cho phép nhiều tác vụ được thực hiện đồng thời và độc lập với nhau

Một trong những ưu điểm của SCL là tính cấu trúc hóa cao, cho phép lậptrình viên viết các chương trình dễ hiểu và dễ bảo trì Ngoài ra, SCL cũng hỗ trợtính tương thích với các ngôn ngữ lập trình khác trong STEP 7 như Ladder Logic vàFunction Block Diagram, giúp dễ dàng tích hợp các chương trình khác nhau trongmột hệ thống

2.1.5 Chuẩn giao tiếp

2.1.5.1 EtherNet/IP

EtherNet/IP là một giao thức dựa trên Ethernet thường được sử dụng trongcác hệ thống tự động hóa công nghiệp Nó cho phép PLC và các thiết bị khác giaotiếp thông qua mạng Ethernet

Trang 24

Hình 2 5 Cấu trúc chuẩn giao tiếp ethernet

2.1.5.2 Modbus

Modbus là một chuẩn giao tiếp phổ biến trong tự động hóa công nghiệp Nósử dụng giao thức Modbus RTU (dựa trên RS-232 hoặc RS-485) hoặc ModbusTCP/IP (dựa trên mạng Ethernet) để truyền dữ liệu giữa PLC và các thiết bị khácnhư cảm biến, motor, và HMI (Human-Machine Interface)

Hình 2 6 Cấu trúc chuẩn giao tiếp modbus

Trang 25

2.1.5.3 Profibus

Profibus là một chuẩn giao tiếp chuyên dụng cho hệ thống tự động hóa côngnghiệp Nó hỗ trợ truyền dữ liệu nhanh chóng và đáng tin cậy giữa các thiết bị trongmột mạng Profibus

Hình 2 7 Cấu trúc chuẩn giao tiếp profibus

2.2 HỆ THỐNG KHÍ NÉN

2.2.1 Khí nén là gì

Khí nén là một dạng năng lượng từ khí tự nhiên hoặc được tạo ra từ các phảnứng hóa học được nén ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển Nó có thể được nén ởmức 3000 Psi đến 3600 psi được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày và trong côngnghiệp rất nhiều

Hệ thống khí nén là tập hợp các thiết bị để tạo ra một dạng năng lượng từ khíthiên nhiên hoặc qua phản ứng hóa học để tạo thành khí nén, năng lượng được tạothành sẽ được tích trữ trên hệ thống tích trữ và dùng hệ thống dẫn khí để sử dụngkhi cần thiết

Hệ thống khí nén thường là các loại máy tạo khi nén sử dụng năng lượngđiện, xăng, dầu…lấy khí tự nhiên để nén vào bình chứa máy hoặc các bình tích khí.Bình tích khí là thiết bị tích trữ lượng khí nén mà máy tạo khí nén sinh ra, là nơitrung chuyển giữa máy khí nén và các thiết bị sử dụng khí nén

Trang 26

Hình 2 8 cơ cấu xylanh dùng khí nén đẩy

Trang 27

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THÀNH PHẦN CHÍNH

3.1 TÍNH TOÁN CHỌN THÀNH PHẦN CHO HỆ THỐNG

3.1.1 Sơ đồ khối chức năng

Hình 3.1 Sơ đồ khối

3.1.2 Chức năng chi tiết của từng khối

Khối nguồn cung cấp: cung cấp nguồn cần thiết cho các thiết bị, đảm bảo

nhiều nguồn khác nhau để phù hợp với nhiều thiết bị

Khối xử lý trung tâm: nhận dữ liệu từ khối đầu vào để xử lý thông tin, quyết

định việc vận hàng trên băng tải, nhận tín hiệu từ khối điều khiển để vận hành hoạtđộng của mô hình

Khối đầu vào : các thiết bị đầu vào như nút nhấn và cảm biến truyền tín hiệu

vào plc để xử lý

Khối chấp hành: nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm bật tắt hoạt động của

pitong, đèn báo và băng tải

Trang 28

Màn hình điều khiển: tham gia vào việc vận hành mô hình, giám sát hoạt

động của hệ thống

3.1.3 Các thành phần trong khối chức năng

Hình 3 2 Sơ đồ đấu nối thực tế của khối

Trang 29

3.1.4 Giới thiệu chi tiết thành phần

Bảng 3 1 Giới thiệu linh kiện trong sơ đồ

2

khi bị ngắn mạch xảy

ra

3

sang nguồn 24v cấpcho hệ thống

4

Thanh cầu đấu

domino

Phân chia các điện cực

ra làm nhiều ngăn chophép sử dụng dễ dàng

hơn

5

đoạn tiếp theo

6

cho pitong

Trang 30

13

hiện thùng, đóng dấuthùng, xuất thùng sangbăng tải khác

Nhấn stop hệ thống

Trang 31

3.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ

Em đã lựa chọn và tính toán dưới sự hướng dẫn cua cô giáo cùng với đó theocông thức mà em đã học ở môn thiết bị điện.rồi tham khảo từ những người đã làmtrong ngành điện, những người đi trước đã có nhiều kinh nghiệp trong việc bốc táchlựa chọn thiết bị ở các công trình công nghiệp

Em có công thức tổng quát tính chọn thiết bị như sau:

Trong đó: Tính dòng chọn thiết bị dùng công thức

I = (1,2 ÷1,5).Iđm, Với hệ số tên ta có công thức tính chọn Itt = 1,4.Iđm

Tính chọn dây dẫn

S: là tiết diện dây dẫn, tính bằng mm2

I: dòng điện chạy qua mặt cắt vuông, tính bằng Ampere (A)

J: mật độ dòng điện cho phép (A/mm2)

Mật độ dòng điện cho phép của dây đồng J~ 6A/mm²

Mật độ dòng điện cho phép của dây nhôm J~ 4,5A/mm²

Thứ hai : vì khối điều khiển là plc, AC/DC/RELAY là nguồn sử dụng ở đầuvào đầu ra khối plc là nguồn DC 24v nên em đã sử dụng nó để cấp nguồn hoạt độngcho plc

Trang 32

3.1.2 Aptomat (MCB)

Hình 3 4 APTOMAT (CB)Công dụng trong khóa luận :

Với một hệ thống sử dụng nguồn 220v và 24v thì để bảo vệ an toàn cho em,người làm mô hình trên nói riêng, những người tiếp xúc với hệ thống, vận hành hệthống trên, đảm bảo sự an toàn cho lưới điện tổng và các thiết bị xung quanh thì emđã dùng MCB có mã số NXB-63 C32 để thực hiện ngắt mạch khi có sự cố ngắnmạch xảy ra

Hình 3 5 Thanh Teminal 12 chấu

3.1.4 Rơ le trung gian

Công dụng trong khóa luận : sử dụng để chuyển mạch từ đầu ra của PLC

em sư dụng rơ le trung gian 24, khi có tín hiệu điện từ plc em cho phép đóng tiếpđiểm thường hở cấp điện cho van khí nén đẩy pittong

Trang 33

Hình 3 6 Rơ le trung gian

3.1.5 Van khí nén

của xi lanh hay động cơ trong hệ thống nén khí diễn ra một cách dễ dàng.Công dụng trong khóa luận : Van đảo chiều 5/2 hay còn có một cái tên khá làSolenoid Valve (van điện từ) hay van đảo chiều Khi tác động nguồn điện sẽ tạo ratừ trường tác động đến quá trình đóng mở từ các ô cửa trong van, Ở trạng thái bìnhthường, cửa 1 sẽ được nối thông với cửa số 2, cửa số 4 thông với cửa số 5 và cửa số

3 đóng Khi điện tác động đến van khiến lo xo đẩy cửa số 1 sẽ thông với cửa số 4,cửa số 2 thông cửa số 3 và riêng cửa số 5 bị đóng lại

Trang 34

lượng đầu vào từ bên ngoài Để thực hiện chức năng của mình, khí nén dãn nở ở ápsuất lớn hơn áp suất khí quyển, áp lực được tạo ra đẩy piston chuyển động theohướng mong muốn.

Với cấu tạo của xi lanh khí nén, Xi lanh khí nén có cấu tạo gồm các bộ phậnsau

Dòng điện xoay chiều AC:

Loại nối đất xanh lá – vàng, hoặc xanh lá

Loại trung tính : trắng hay xanh, trắng

Dòng điện một pha :

- Pha nóng đỏ

Dòng điện ba pha :

Trang 35

- Pha 1 màu đỏ

- Pha 2 màu trắng hay vàng

- Pha 3 màu xanh dương

Dòng điện DC:

- Dòng điện dương màu đỏ

- Dòng điện âm màu trắng hoặc màu đen

Công dụng trong khóa luận

Em chọn dây điện theo tiêu chuẩn của điện lực việt nam về việc chọn loại

dây điện trong đồ án này

Chọn loại dây 0.75mm cho dòng điện xoay chiều 220v :

- Màu đỏ cho pha nóng

- Màu đen cho pha nguội

Chọn loại dây 0.5mm cho dòng điện 24v :

- Màu đỏ nhạt cho pha nóng

- Màu trắng cho pha nguội

3.1.8 Tủ điện

Hình 3 10 Tủ điện sử dụng trong công nghiệp loại nhỏ

Công dụng trong khóa luận: Để thuận tiện trong việc kiểm tra lỗi và vận hànhhệ thống em chọn lắp đặt các thiết bị bên trong tủ điện, để đảm bảo sự an toàn và

Trang 36

thuận tiện cho việc hiệu chỉnh em chọn loại tủ có kích cở 60x40x10, các hình ảnhcủa tủ sẽ được em đưa vào bản vẽ điện ở chương sau.

Công dụng trong đề tài: Vì thiết bị được sử dụng rộng rãi dễ dàng nên em đãsử dụng loại cảm biến này để phân loại hàng theo chiều cao, đếm sản phẩm

Hình 1.7 cảm biến NPN VÀ PNP

Trang 37

3.1.10 Băng tải

Hình 3 12 Cấu tạo của băng tải trong mô hìnhDựa vào dấu tạo của băng tải em đã thiết kết thành công 2 băng tải 40x10 và6x20

Khung băng tải:

Khung băng tải Nhôm định hình: được ưu chuộng trong công nghiệp sảnxuất 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

Hình 3 13 Khung nhôm định hình làm khung băng tải

Dây băng tải:

Tùy theo tải trọng và yêu cầu của sản phẩm ta thường dùng dây băng PVChoặc dây băng PU dày dày từ 1- 5mm

Đối với băng tải chịu tải nặng ta dùng dây băng tải cao su

Trang 38

Hình 3 14 Dây băng tải Con lăn kéo băng: Bằng inox, thép mạ kẽm hoặc nhôm Có các đường kínhtiêu chuẩn: Ø50, Ø60, Ø76, Ø89, Ø102

Động cơ 24v: Động cơ và hộp giảm tốc tách rời, dải công suất thường từ0.37KW đến 2.5KW

3.10 BỐC TÁCH KHỐI LƯỢNG LINH KIỆN VÀ TÍNH TOÁN GIÁ CẢ.

Bảng 3 2 Bảng giá linh kiện

1

Nguồn tổ ong 169.000Đ Nhận nguồn 220v sang nguồn 24v

cấp cho hệ thống2

Mccb 97.000Đ Dùng đảm bảo tự ngắt khi bị ngắn

mạch xảy ra3

Rơ le trung gian 40.000Đ

Có nhiệm vụ chuyển mạch, cho phépDòng điện được cấp cho van khí để

đẩy xylanh4

Plc s7-1200

Đăng kýmượn ở

trường

Bộ điều khiển của hệ thống

5

Dây điện 2 màu

đỏ , trắng và đen

Dây đen âm cực 220v, dây trắng âm

cực 24vdây đỏ đậm dương cực 220vdây đỏ nhạt dương cực 24v

6 Thanh cầu đấu

Tiêu đề	Thiết Kế Và Giám Sát Hệ Thống Đóng Gói Sản Phẩm
Tác giả	Dương Tiến Anh
Người hướng dẫn	ThS. Lê Phượng Quyên
Trường học	Trường Đại Học Duy Tân
Chuyên ngành	Điện – Điện Tử
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Đà Nẵng

Định dạng
Số trang	76
Dung lượng	16,72 MB