Đồ án: Bộ khả trình và tự động hóa GVHD: TS.Vũ Hữu CôngLỜI MỞ ĐẦUTự động hóa trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm và đồ uống trong thờiđại 4.0 hiện nay là vô cùng quan trọng và cần
Tìm hiểu về công nghệ
Giới thiệu về công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động
- Tự động hóa trong nghành công nghiệp đóng gói là một xu hướng không thể đảo ngược trong thời đại công nghệ 4.0 Tự động hóa giúp tăng năng suất, chất lượng và an toàn lao động, giảm chi phí nhân công và lãng phí nguyên liệu Tự động hóa cũng mang lại nhiều lợi ích cho môi trường và xã hội, như tiết kiệm năng lượng, giảm ô nhiễm và tạo ra nhiều cơ hội việc làm mới cho con người.
- Trong nghành công nghiệp đóng gói, tự động hóa được áp dụng ở nhiều khâu khác nhau, từ chọn lựa nguyên liệu, sắp xếp sản phẩm, đóng gói, dán nhãn, kiểm tra chất lượng cho đến vận chuyển và lưu trữ Các thiết bị tự động hóa thường sử dụng các công nghệ tiên tiến như robot, cảm biến, máy tính, trí tuệ nhân tạo và internet vạn vật Các thiết bị này có thể hoạt động một cách linh hoạt, chính xác và liên tục theo các chương trình được lập trước hoặc học hỏi từ dữ liệu.
- Đây là một lĩnh vực có tiềm năng phát triển lớn trong tương lai Trong đó công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động là một trong những công nghệ tiên tiến nhất trong ngành công nghiệp đóng gói Công nghệ này cho phép tự động hóa các bước gồm: Đưa hộp chai đựng dung dịch lên băng tải, chiết rót dung dịch vào bên trong chai đựng, đưa chai qua hệ thống máy đóng nắp và tiến hành siết chặt nắp chai Áp dụng cho nhiều loại chai khác nhau như chai thủy tinh, chai nhựa, chai kim loại với các dung tích và hình dạng khác nhau.
- Được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sản xuất chất lỏng Công nghệ này giúp tăng năng suất, đảm bảo chất lượng và tiết kiệm chi phí cho các doanh nghiệp. Một số lĩnh vực có thể kể đến như sau:
Thực phẩm và đồ uống: Để sản xuất các loại nước giải khát, nước trái cây, sữa, dầu ăn, mật ong, xì dầu, nước mắm, nước tương, rượu, bia, nước khoáng, nước tinh khiết và các sản phẩm khác có tính chất lỏng hoặc nhớt. Hóa chất và dược phẩm: Để sản xuất các loại dung dịch hóa chất như axit, kiềm, dung môi, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc tẩy rửa, thuốc nhuộm và các sản phẩm khác có tính ăn mòn hoặc độc hại Công nghệ này cũng được sử dụng để sản xuất các loại thuốc dạng lỏng như siro, dung dịch tiêm, dung dịch xúc miệng, dung dịch sát khuẩn và các sản phẩm khác có yêu cầu về vệ sinh và an toàn.
Mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân: Để sản xuất các loại mỹ phẩm và chăm sóc cá nhân như kem dưỡng da, kem chống nắng, kem trang điểm, son môi, sữa tắm, dầu gội đầu, xà phòng lỏng, nước hoa, gel vuốt tóc và các sản phẩm khác có tính chất lỏng hoặc bán lỏng.
- Các công nghệ đóng và chiết rót chai hiện nay có thể được phân loại theo các tiêu chí sau:
Theo cơ chế chiết rót: có thể là chiết rót bằng áp suất, bằng trọng lực, bằng piston, bằng điện từ, bằng ống hút
Theo cấu tạo máy: máy chiết rót đơn giản, máy chiết rót kết hợp đóng nắp, máy chiết rót kết hợp súc rửa và đóng nắp
Theo loại chất lỏng: máy chiết rót cho chất lỏng đặc, chất lỏng lỏng, chất lỏng có gas, chất lỏng không gas
Theo loại chai: máy chiết rót cho chai nhựa, chai thủy tinh, chai kim loại
- Công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động được ứng dụng ở nhiều quốc gia trên thế giới như Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Đức, Mỹ và Việt Nam Tại Việt Nam, có nhiều công ty chuyên cung cấp các loại máy chiết rót và đóng nắp chai tự động như: Công ty TNHH Công Nghệ ABM, Công ty TNHH Thiết Bị Công Nghiệp Việt Á, Công ty TNHH Thiết Bị Đóng Gói Thành Phát và Công ty TNHH Thiết Bị Đóng Gói Vạn Phú Bình.
* Sơ đồ công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động :
Hình 1 1 Sơ đồ công nghệ chiết rót và đóng nắp chai tự động
Chiết rót áp suất thường: Dựa trên nguyên tắc chất lỏng tự chảy vào bên trong chai nhờ vào sự chênh lệch về độ cao của vòi chiết và chai đựng Cách thức này rất thích hợp để chiết rót các loại dung dịch ít nhờn như dầu ăn hay dầu gội…
Chiết rót chân không: Những chiếc chai đựng sẽ được nối với một hệ thống hút chân không Chính điều này tạo nên sự chênh lệch về áp suất giữa chai và thùng chứa để các dung dịch chảy vào bên trong.
Chiết rót đẳng áp: Sử dụng để chiết rót những dung dịch có ga như nước uống có ga… Với cách thức chiết rót này, người ta sẽ nạp khí CO2 vào bên trong chai đến khi áp suất trong chai bằng áp suất của bình chứa Sau đó, lợi dụng vào độ cao để dung dịch chảy vào bên trong chai.
1.1.3 Ưu điểm của hệ thống
Tăng năng suất và chất lượng sản phẩm: Hoạt động liên tục với tốc độ cao, đảm bảo độ chính xác và đồng đều của lượng sản phẩm được chiết vào mỗi chai Hệ thống cũng có thể kiểm soát được áp suất, nhiệt độ và độ vệ sinh của quá trình chiết rót, giảm thiểu sự tiếp xúc của sản phẩm với không khí và các tác nhân gây ô nhiễm bên ngoài, bảo quản được hương vị và chất lượng của sản phẩm.
Tiết kiệm chi phí và nhân lực: Hệ thống tự động hóa có thể giảm nhu cầu về nhân sự, tiết kiệm đáng kể chi phí lao động, vận hành và bảo trì Ngoài ra, hệ thống còn tối ưu hóa không gian sản xuất, giảm thiểu lãng phí nguyên vật liệu và năng lượng, mang lại hiệu quả chi phí cao hơn.
Thân thiện với môi trường: Có thể giảm được lượng khí thải và chất thải sinh ra trong quá trình sản xuất, góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe của người tiêu dùng.
1.1.4 Nhược điểm của hệ thống Đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu cao: Hệ thống yêu cầu một số thiết bị và linh kiện phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật cao và bảo trì thường xuyên Do đó, chi phí đầu tư ban đầu để lắp đặt và vận hành hệ thống này khá cao so với các phương khác Ngoài ra, hệ thống cũng cần có các thiết bị phụ trợ như máy in mã vạch, máy dán nhãn, máy kiểm tra chất lượng sản phẩm, máy đóng gói và vận chuyển sản phẩm. Đòi hỏi kỹ thuật viên có trình độ cao: Là một hệ thống phức tạp, do đó cần có kỹ thuật viên có trình độ cao để vận hành, kiểm tra và sửa chữa hệ thống khi có sự cố Hệ thống cũng cần được bảo dưỡng và cập nhật thường xuyên để duy trì hiệu suất cao.
Khả năng thích ứng với các loại chai khác nhau thấp: Hệ thống được thiết kế theo một khuôn mẫu cố định, phù hợp với một số loại chai nhất định Nếu muốn sử dụng hệ thống này cho các loại chai khác nhau về kích thước, hình dạng hoặc chất liệu, cần phải điều chỉnh lại các thiết bị và linh kiện, gây ra sự cố và lãng phí thời gian.
Yêu cầu công nghệ
Quá trình vận hành toàn hệ thống tập trung trên một giao diện duy nhất, cho phép kiểm soát chặt chẽ từ đầu đến cuối quy trình chiết rót đóng nắp Khi nhấn nút Bắt đầu, máy sẽ tự động tiến hành chiết rót và đóng nắp, tiết kiệm thời gian và công sức cho người vận hành Ngược lại, khi nhấn nút Dừng, hệ thống sẽ ngừng hoạt động, tạo sự thuận tiện và an toàn cho người sử dụng.
Băng tải : Vận chuyển chai rỗng từ nơi cấp chai đến hệ thống chiết rót và đóng nắp
Sensor 2 (Cảm biến tiệm quang) : Nhận diện chai rỗng để chiết rót vào chai.
Sensor 1(Cảm biến tiệm cận điện dung) : Phát hiện chai đã đầy.
Sensor 3 (Cảm biến tiệm cận loại điện dung) : Phát hiện chai để đóng nắp. Van 1 : Đóng mở hệ thống chiết rót.
Xilanh 1 : Thực hiện nhiệm vụ đóng nắp.
- Các công nghệ trên hệ thống chiết rót đóng nắp bao gồm cảm biến đo nguyên liệu chiết để phát hiện chất lưu xác định mức độ cũng như khối lượng chất trong bình chứa; cảm biến tiệm cận để phát hiện vật thể không thông qua quá trình tiếp xúc; cảm biến quang để xác định vị trí của sản phẩm khi gặp , biến tần và động cơ băng tải để điều chỉnh tốc độ điều khiển
- Công nghệ chiết rót và đóng nắp tự động chia làm 2 giai đoạn chính :
Giai đoạn 1 của quá trình chiết rót diễn ra như sau: Khi chai được vận chuyển trên băng tải đến vị trí do cảm biến 2 phát hiện, băng tải tạm dừng hoạt động để bắt đầu quá trình chiết rót (van V1 mở) Khi chai được chiết đầy đủ, cảm biến 1 sẽ phát hiện và van V1 sẽ đóng lại, kết thúc giai đoạn chiết rót.
+) Giai đoạn 2: Khi V1 đóng thực hiện mở băng tải hoạt động , chai di chuyển từ vị trí chiết rót đến vị trí sensor 3 , khi sensor phát hiện chai thực hiện dừng bằng tải và tiến hành mở xilanh và thực hiện quá trình đóng nắp chai sau khi hoàn thành đóng nắp chai xilanh dừng hoạt động tiến hành mở băng tải di chuyển và lập lại quá trình.
- Dựa vào các yêu cầu trên chọn các thiết bị phù hợp cho hệ thống như sau:
STT Tên thiết bị Số lượng Chức năng
1 PLC Mitsubishi FX3U 1 Điều khiển hệ thống
2 Cảm biến quang 2 Phát hiện vị trí vật thể
3 Cảm biến tiệm cận điện dung 1 Phát hiện mực chất lỏng trong chai
4 Van điện tử 1 Điều khiển đóng mở phễu rót
5 Xylanh 1 Thực hiện đóng nắp chai
6 Nút ấn ON và OFF 1 Dùng để bật tắt hệ thống
Lựa chọn thiết bị
Lựa chọn PLC
2.1.1 Tổng quan về PLC a)Sự ra đời của bộ điều khiển PLC
-Vào khoảng năm 1968 các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yếu tố kỹ thuật đầu tiên cho thiết bọ điều khiển logic khả lập trình với mục đích là thay thế tủ điều khiển cồng kềnh tiêu thị lượng điện năng khá lớn và thường xuyên phải thay thế các role do hỏng cuộn hút hay gẫy các thanh lò xo tiếp điểm, mục đích thứ hai là tạo ra một thiết bị điều khiển có tính linh hoạt trong việc thay đổi chương trình điều khiển.
Sử dụng bộ điều khiển lập trình logic (PLC) giúp giảm thời gian sản xuất, nâng cao tính linh hoạt của hệ thống sản xuất và hỗ trợ việc thích ứng với những thay đổi trong quá trình sản xuất Do đó, một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển dựa trên máy tính đã tạo ra các thiết bị điều khiển lập trình logic, còn được gọi là PLC.
Những PLC đầu tiên được sử dụng trong công nghiệp ô tô vào băn 1969 đã đem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le Các thiết bị này được lập trình dễ dàng, không chiến không gian trong các cơ sở sản xuất Sau đó các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng mở rộng ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác.
Khi các vi cử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khả năng cơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn, có khả năng xử lý các tính toán, số liệu phức tạp hơn.
-Vào năm 1977 thì việc truyền dữ liệu trở nên dễ dàng hơn nhờ sự phát triển của công nghiệp điện tử, các PLC có thể điều khiển xa hàng trăm mét Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau và điều khiển quá trình sản xuất nhanh hơn.
Năm 1980, sự ra đời của máy tính cá nhân đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của PLC, nâng cao đáng kể tính năng và khả năng kiểm soát máy móc, tự động hóa các quy trình sản xuất.
Sự phát triển của phần mềm đồ họa máy tính cá nhân vô cùng quan trọng đối với PLC Nhờ đó, PLC có thể được trang bị các giao diện đồ họa, cho phép mô phỏng hoặc hiển thị các hoạt động của từng bộ phận trong hệ thống điều khiển Điều này giúp người dùng dễ dàng theo dõi và xử lý các sự cố, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống.
PLC được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau trên thế giới Về nguyên lý hoạt động,các PLC này có tính năng tương tự giống nhau, nhưng về lập trình sử dụng thì chúng hoàn toàn khác nhau do thiết kế khác nhau của mỗi nhà sản xuất PLC khác với các máy tính là không có ngôn ngữ lập trình chung và không có hệ điều hành.Khi được bất lên thì PLC chỉ chạy chương trình điều khiển ghi trong bộ nhớ của nó,chứ không thể chạy được hoạt động nào khác Một số hãng sản xuất PLC lớn có tên tuổi như: Siemens, Toshiba, Mishubisi, Omron, Allan Bradley, Rockwell, Fanuc là các hãng chiếm phần lớn thị phần PLC thế giới Các PLC của các hãng này được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp sử dụng công nghệ tự động hoá.
Các thiết bị điều khiển PLC tạo thêm sức mạnh, tốc độ và tính linh hoạt cho các hệ thống công nghiệp Bằng sự thay thế các phần tử cơ điện bằng PLC, quá trình điều khiển trở nên nhanh hơn, rẻ hơn, và quan trọng nhất là hiệu quả hơn PLC là sự lựa chọn tốt hơn các hệ thống rơ le hay máy tính tiêu chuẩn do một số lý do sau: -Tốn ít không gian: Một PLC cần ít không gian hơn một máy tính tiêu chuẩn hay tủ điều khiển rơ le để thực hiện cùng một cức năng.
- Tiết kiệm năng lượng-Giá thành thấp : Một PLC giá tương đương cỡ 5 đến 10 rơ le, nhưng nó có khả năng thay thế hàng trăm rơ le.
- Khả năng thích ứng với môi trường công nghiệp: Các vỏ của PLC được làm từ các vật liệu cứng, có khả năng chống chịu được bụi bẩn, dầu mỡ, độ ẩm, rung động và nhiễu Các máy tính tiêu chuẩn không có khả năng này.
- Giao diện tực tiếp: Các máy tính tiêu chuẩn cần có một hệ thống phức tạp để có thể giao tiếp với môi trường công nghiệp Trong khi đó các PLC có thể giao diện trực tiếp nhờ các mô đun vào ra I/O.
- Lập trình dễ dàng: Phần lớn các PLC sử dụng ngôn ngữ lập trình là sơ đồ thang, tương tự như sơ đồ đấu của các hệ thống điều khiển rơ le thông thường.
- Tính linh hoạt cao: Chương trình điều khiển của PLC có thể thay đổi nhanh chóng và dễ dàng bằng cách nạp lại chương trình điều khiển mới vào PLC bằng bộ lập trình, bằng thẻ nhớ, bằng truyền tải qua mạng. b) Một số đặc điểm chính của PLC
- Hiện nay nhu cầu về một bộ điều khiển linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình Hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động.Trong hoàn cảnh đó bộ điều khiển lập trình (PLC) đã được thiết kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơle và thiết bị cồng kềnh,nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dể dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình các lệnh logic cơ bản,ngoài ra PLC còn có thể thực hiện được những tác vụ khác như làm tăng khả năng cho những hoạt động phức tạp.
Hình 2 1 Sơ đồ khối hoạt động của PLC
- Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả trạng thái tín hiệu ở ngõ vào được đưa về từ quá trình điều khiển,thực hiện logic được lập trong chương trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho thiết bị bên ngoài tương ứng.Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệuở ngõ vào ,mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơle trung gian.Tuy nhiên,cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn
Lựa chọn các thiết bị khác
2.2.1 Cảm biến tiệm cận điện dung
- Cảm biến tiệm cận điện dung là: Cảm biến tiệm cận phát hiện vật thể gần; trong phạm vi tính bằng đơn vị milimet Điểm đặc biệt là cảm biến tiệm cận điện dung có thể phát hiện cả vật bằng kim loại, phi kim loại và cả nước.
- Hoạt động theo nguyên lý phát hiện sự thay đổi dung môi ở đầu cảm biến (nghĩa là dựa trên sự thay đổi điện dung của tụ điện).
Khi vật thể tiến vào vùng điện môi của cảm biến, điện dung sẽ biến đổi Bộ dao động trong cảm biến phát hiện ra sự thay đổi này và tạo ra tín hiệu đầu ra.
- Tuy nhiên, sự thay đổi điện môi này không đồng nhất ở tất cả các chất liệu vật thể, nghĩa là hằng số điện môi này sẽ thay đổi phụ thuộc vào khoảng cách, chất liệu và kích thước vật thể Cảm biến tiệm cận điện dung có thể điều chỉnh được độ nhạy để phù hợp với từng chất liệu, kích thước và khoảng cách phát hiện vật thể.
* Thông số loại cảm biến sử dụng:
- Để đáp ứng yêu cầu thì sử dụng cảm biến tiệm cận Omron E2K-C20MC1-2M
Hình 2 10 Cảm biến tiệm cận
- Ưu điểm của cảm biến:
Có thể phát hiện các đối tượng như: Chất lỏng, phi kim, thủy tinh, nhựa Phát hiện được vật thể nhỏ, phạm vi cảm nhận lớn
Dễ dàng điều chỉnh khoảng cách phát hiện với biến trở điều chỉnh độ nhạy bên trong.
Dễ dàng điều khiển mức và vị trí.
Làm việc trong môi trường khắc nhiệt.
- Thông số kĩ thuật của cảm biến:
2 Khoảng cách phát hiện 20mm
4 Ngõ ra 3 dây, NPN, NO
5 Công suất tiêu thụ tối đa ở 24VDC 13mA
- Đây là một thiết bị phát ra chùm tia sáng chiếu vào vật thể ở dạng tần số khiến chúng thay đổi tính chất khi cần phát điện Khi vật thể đi qua cũng sẽ ảnh hưởng đến tần số của bộ thu sáng Dựa vào hiện tượng phát xạ điện tử ở cực Cathode tín hiệu quang sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu điện khi mà có một nguồn ánh sáng chiếu vào.
- Cấu tạo: Cảm biến quang được cấu thành từ 3 bộ phận là bộ phát ánh sáng, bộ thu ánh sáng và bo mạch xử lý tín hiệu điện.
Bộ phận phát ánh sáng có vai trò như cảm biến quang nhiệt, phát ra ánh sáng dạng xung với tần số riêng tùy từng hãng sản xuất Tính năng này hỗ trợ bộ phận thu ánh sáng phân biệt nguồn sáng đến từ cảm biến với các nguồn sáng khác.
Bộ phận thu sáng: Bộ phận này là bộ phận tiếp nhận ánh sáng và sau đó truyền tín hiệu đến bộ phận xử lý.
Mạch xử lý tín hiệu điện: Bộ phận này tiếp nhận tín hiệu từ bộ phận thu sáng và chuyển tín hiệu theo tỉ lệ tranzito thành chế độ ON/OFF, tín hiệu này có độ khuếch đại rộng hơn.
* Thông số loại cảm biến sử dụng:
Để đáp ứng yêu cầu phát hiện vị trí của chai trên băng chuyền chọn cảm biến quang Omron E3ZM-B.
- Cảm biến có ưu điểm sau:
Phát hiện được hình dáng và vị trí của chai một cách độc lập. Kiểm soát tự động tránh ảnh hưởng của ô nhiễm và nhiệt độ.
- Bảng thông số kĩ thuật chung:
1 Khoảng cách phát hiện 100-500mm
2 Kích thước vật phát hiện tiêu chuẩn Demm
5 Loại đầu ra NPN, PNP
6 Thời gian đáp ứng 1ms
9 Kích thước (Dài x Rộng x Cao) (32,2 x 10,8 x 21)mm
2.2.3 Van điện từ thường đóng
Hình 2 12 Van điện từ thường đóng
- Thông số kỹ thuật của van:
Chất liệu: nhựa, gang, đồng thau, inox
Dòng điện cấp: 12V, 24VDC, 110V và 220V AC Đường kính van: phi 21 mm đến 220 mm, tương đương DN15 – DN200 Nhiệt độ làm việc: -5 đến 180 độ C
Kết nối: kiểu lắp ren và lắp bích
Loại van: van thường đóng
Coi điện: coi dời và coi đúc
Nguồn gốc: Đài loan, hàn quốc, nhật, Ý
- Thông số kĩ thuật của sản phẩm:
Model: MDBB32-175Z Đường kính trong xilanh: 32mm
Hành trình xilanh: 175mm Áp xuất vận hành: 0.05 – 1.0 MPa
Tốc độ hành trình xilanh: 50 – 1000 mm/s
Kiểu lắp đặt: FA, FB, LB, CB
- Dùng để thực hiện vai trò đóng ngắt điện từ xa các cho thiết bị sử dụng điện.
Các loại nút nhấn ứng dụng trong môi trường công nghiệp sẽ được thiết kế với hệ thống lò xo, các tiếp điểm thường hở, đóng và phần vỏ bảo vệ thiết bị. Kích thước của nút nhấn nhỏ gọn, cấu tạo đơn giản và rất dễ sử dụng. Sản phẩm có nhiều màu sắc để lựa chọn như: vàng, đen, xanh lá, xanh dương… Nút nhấn có nhiều loại với khả năng ứng dụng thực tế khác nhau như: nút nhấn đơn, nút nhấn kép, nút nhấn có đèn, nút nhấn không có đèn, nút nhấn chống nước…
Trạng thái của các tiếp điểm chuyển sẽ được chuyển đổi khi có sự tác động vào nút nhấn Nếu không có tác động, các tiếp điểm của nút nhấn sẽ trở về trạng thái ban đầu.
Sản phẩm được làm từ chất liệu cao cấp, được sản xuất theo tiêu chuẩn nghiêm ngặt và có sự kiểm soát rất chặt chẽ về mặt chất lượng Điều này nhằm đảm bảo hiệu quả sử dụng cao khi ứng dụng vào thực tế.
- Theo yêu cầu của đề bài chọn loại nút ấn khối của ABB:
Hình 2 14 Nút ấn ON và OFF
STT Loại Nút Start Nút Stop
2 Màu Xanh lá cây Đỏ
3 Điện áp định mức 220VAC 220VAC
7 Cấp bảo vệ IP54 IP54
8 Độ bền cơ khí 500.000 lần 500.000 lần
Thiết kế hệ thống điều khiển
Lưu đồ thuật toán và phân cổng vào/ ra
Hình 3 1 Lưu đồ thuật toán chương trình
- Giải thích lưu đồ thuật toán:
Nếu mà nút Start ở trạng thái bật (ON), thì hệ thống sẽ bắt đầu hoạt động còn nếu không thì nút Stop ở trang thái bật (ON), thì hệ thống sẽ dừng hoạt động ngay lập tức.
Khi nút Start ON thì động cơ M1 sẽ chuyển động làm cho băng tải M1 di chuyển với vận tốc không đổi Đưa chai rỗng đến vị trí chiết rót.
Khi chai rỗng đến đúng vị trí chiết rót, cảm biến vị trí S2 sẽ ON (Nếu chai chưa đến đúng vị trí thì S2 ở trạng thái OFF và băng tải tiếp tục di chuyển đưa chai đến đúng vị trí cảm biến) Lúc này thì động cơ băng tải dừng và van rót (V1) mở ra để chất lỏng chảy vào chai.
Khi lượng chất lỏng trong chai đến dâng cao đến mức yêu cầu thì cảm biến mực chất lỏng S1 ON (Nếu lượng chất lỏng chưa đủ thì cảm biến S1 ở trạng thái OFF, lúc này băng tải vẫn dừng và van rót vẫn mở) Lúc này van rót (V1) đóng lại và động cơ băng tải hoạt động Chai tiếp tục di chuyển. Khi chai đã đc rót đầy đến đúng vị trí đóng nắp thì cảm biến vị trí S3 sẽ ở trạng thái ON Lúc này băng tải sẽ dừng lại và Xylanh P1 sẽ đóng nắp chai. (Nếu chai chưa đến đúng vị trí đóng nắp theo yêu cầu thì cảm biến S3 ở trạng thái OFF và băng tải vẫn hoạt động để di chuyển chai đến đúng vị trí). Khi đóng nắp chai xong thì chu trình cũng kết thúc và bắt đầu một chu trình mới.
3.1.2 Phân cổng vào/ ra và ký hiệu
STT Tên Địa chỉ Ghi chú
1 Nút Start X000 Dùng để khởi động hệ thống
2 Nút Stop X001 Dùng để dùng hệ thống
3 Cảm biến S2 X002/X014 Xác định vị trí chai để rót chất lỏng
4 Cảm biến S1 X003/X013 Xác định mực chất lỏng trong chai
5 Cảm biến S3 X004/X015 Xác định ví trí chai để đóng nắp
6 Động cơ băng tải (M1) Y000 Động cơ giúp băng tải chạy với vận tốc cố định
7 Van rót (V1) Y001 Rót chất lỏng vào trong chai
9 Nút Auto X010 Chế độ chạy tự động
10 Nút Manual X011 Chế độ chạy thủ công
Giới thiệu về phần mềm GX Works 2 và GT Designer 3
3.2.1 Phần mềm lập trình GX Works 2
- GX Works 2 là một phần mềm lập trình chuyên dụng cho các dòng sản phẩm PLC của hãng Mitsubishi Electric, bao gồm các dòng FX, L, và Q series Nó là phiên bản tiếp theo của phần mềm GX Developer và được cải tiến với nhiều tính năng mới, giúp cho quá trình lập trình và thiết kế hệ thống tự động hóa trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.
GX Works 2 sở hữu giao diện đồ họa thân thiện, dễ dùng giúp người dùng lập trình, thiết kế nhanh chóng Công cụ hỗ trợ lập trình gồm: nhập/xuất dữ liệu, logic lập trình, hàm lập trình, kiểm tra lỗi.
- Ngoài ra, GX Works 2 còn hỗ trợ các tính năng như mô phỏng, giúp người dùng kiểm tra và kiểm tra lại logic và chức năng của hệ thống trước khi triển khai Nó cũng cho phép người dùng lưu trữ và quản lý các chương trình lập trình và thông tin thiết bị trong một cơ sở dữ liệu trên máy tính.
- Với GX Works 2, người dùng có thể lập trình và thiết kế các hệ thống tự động hóa phức tạp, bao gồm các chức năng điều khiển động cơ, điều khiển nhiệt độ, đo lường và kiểm soát sản lượng, và các chức năng khác Nó cũng hỗ trợ các tính năng kết nối mạng, cho phép người dùng truy cập và kiểm soát các hệ thống từ xa.
Phần mềm GX Works 2 sở hữu loạt tiện ích đáng chú ý, bao gồm: tạo lập chương trình mới, mở chương trình lưu trữ, tải chương trình từ/lên PLC, mô phỏng chương trình trên máy tính, rà soát lỗi chương trình, tìm kiếm và thay đổi địa chỉ hoặc biến, theo dõi giá trị địa chỉ hoặc biến trong quá trình chạy chương trình, chỉnh sửa thông số PLC hoặc thiết bị ngoại vi Ngoài ra, phần mềm còn có khả năng xuất các tập tin như: tập tin nguồn (.gxp), tập tin nhị phân (.bin), tập tin báo cáo (.pdf), tập tin dữ liệu (.csv) ,
- Để sử dụng phần mềm GX Works 2, người dùng cần cài đặt phần mềm vào máy tính và nhập key bản quyền Sau đó, người dùng có thể khởi động phần mềm và tạo chương trình mới hoặc mở chương trình đã có Người dùng có thể lựa chọn ngôn ngữ lập trình mong muốn và nhập các lệnh hoặc khối chức năng vào chương trình. Người dùng cũng có thể kết nối với PLC hoặc thiết bị khác qua cổng USB, RS232 hoặc Ethernet để download/upload chương trình hoặc giám sát và điều khiển.
3.2.2 Phần mềm tạo màn hình HMI GT Designer 3
- GT Designer 3 là phần mềm thiết kế màn hình HMI chuyên nghiệp của Mitsubishi Được sử dụng để thiết kế giao diện người dùng cho các hệ thống tự động hóa Nó cung cấp cho người dùng một giao diện thân thiện và dễ sử dụng, với nhiều tính năng tiên tiến như thiết kế đồ họa, lập trình, kiểm tra và mô phỏng Phần mềm này hỗ trợ tất cả các dòng HMI cũ như GOT1000 và HMI mới như GOT2000 và GS-2000.
Phần mềm này cung cấp đa dạng công cụ để tạo ra các đối tượng đồ họa như hình ảnh, biểu tượng, đồ thị, nút bấm, Ngoài ra, phần mềm còn hỗ trợ các tính năng lập trình như biểu thức, điều kiện, hàm toán học giúp người dùng thiết kế giao diện người dùng phức tạp và hiệu quả.
- GT Designer 3 cũng hỗ trợ tính năng mô phỏng, cho phép người dùng kiểm tra và kiểm tra lại các giao diện người dùng trước khi triển khai Nó cũng cho phép người dùng lưu trữ và quản lý các dự án thiết kế trong một cơ sở dữ liệu trên máy tính.
- Với GT Designer 3, người dùng có thể tạo các màn hình HMI đáp ứng các yêu cầu của các ứng dụng tự động hóa khác nhau, bao gồm các ứng dụng trong ngành công nghiệp, năng lượng và các ứng dụng trong các lĩnh vực khác Nó giúp người dùng tối ưu hóa hiệu quả và độ chính xác của các hệ thống tự động hóa, giảm thiểu thời gian và chi phí trong quá trình thiết kế và triển khai.
Đoạn mã chương trình và màn hình HMI
- Dòng 0 và 4, dùng để chọn một trong 2 chế độ trước khi bắt đầu:
Khi nhấn nút X010- là hệ thống ở chế độ Auto, biến trung gian M1 sẽ ở trạng thái ON.
Khi nhấn nút X011- là hệ thóng ở chế độ Manual, biến trung gian M2 sẽ ở trạng thái ON.
- Dòng 8: Sau khi chọn được chế độ cho hệ thống ta ấn nút X005 (Start), để hệ thống chạy
Khi X005 (ON), thì biến Y000 được đặt lên mức 1 (ON)- tức là động cơ băng tải M1 hoạt động với vận tốc không đổi.
- Dòng số 12: Nếu nút X006 (ON), thì toàn bộ các biến Y000, Y001, Y002 và T0 sẽ bị Reset từ trạng thái ON về trạng thái OFF (Tắt động cơ M1, tắt van V1, tắt xylanh P1và biến thời gian thụt xylanh về cũng được đặt lại về 0).
- Dòng 22: Ở chế độ Auto: Nếu cảm biến phát hiện vị trí S2 ở trạng thái ON (Phát hiện ra chai), thì sẽ có xung từ 0 sang 1và bật X002, lúc đó sẽ reset trạng thái của Y000 từ 1 về 0 Động cơ M1 dừng lại. Ở trạng thái Manual: Khi ta ấn nút X014 (ON) thì Y000 (OFF), động cơ M1 dừng lại.
- Dòng 28: Nếu Y000 (OFF) sẽ có xung sườn xuống từ 1 về 0 Thì Y001 (ON) vanV1 mở để rót chất lỏng vào bình
- Dòng 33: Ở chế độ Auto: Khi chất lỏng rót vào chai đến mức quy định thì cảm biến S1 sẽ tác động, xuất hiện xung sườn lên từ 0 sang 1 Sẽ reset trạng thái của Y001 từ 1 về 0 ( Van V1 bị tắt). Ở trạng thái Manual: Khi nhìn thấy chất lỏng trong chai đầy đến mức quy định thì ấn nút X013 để tắt van V1.
- Dòng 39: Khi van V1 tắt sẽ có xung sườn xuống từ 1 về 0, lúc này động cơ M1 sẽ được bật hoạt động trở lại Y000 (ON).
- Dòng 42: Ở chế độ Auto: Khi chai đi đến vị trí mà cảm biến X003 (S3), thì sẽ có một xung sườn lên từ 0 sang 1 Sẽ tắt động cơ M1 (Y000-OFF) và bật Xylanh P1 (Y002-ON) để đóng nắp chai. Ở trạng thái Manual: Khi nhìn thấy chai đi đến đúng vị trí đóng nắp ấn nút X015 để tắt động cơ M1 và bật xylanh P1, để đóng nắp chai.
- Dòng 49: Sau khi xylanh đóng nắp chai xuống sau khi bộ đếm T0 đếm đủ 3s sẽ thụt về vị trí cũ.
- Dòng 53: Sau khi xylanh về vị trí ban đầu T0 (ON) thì sẽ tắt hoạt động xylanh P1 và bật lại động cơ M1.
Chu trình cứ thế tiếp diễn ở những chai tiếp theo.
3.3.2 Giải thích các tập lệnh được sử dụng trong chương trình
- Các vùng nhớ sử dụng trong chương trình:
Vùng nhớ đầu vào (Input Memory) là nơi lưu trữ các tín hiệu đầu vào từ cảm biến, công tắc và các thiết bị ngoại vi khác Dữ liệu trong vùng nhớ này được cập nhật liên tục theo tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi và được chương trình PLC sử dụng để xử lý.
Vùng nhớ đầu ra (Output Memory): Vùng nhớ này chứa các tín hiệu đầu ra điều khiển các thiết bị ngoại vi như động cơ, van, đèn, máy móc khác Dữ liệu trong vùng nhớ này được đưa ra các thiết bị ngoại vi bởi chương trình PLC.
Vùng nhớ trung gian (Intermediate Memory): Vùng nhớ này được sử dụng để lưu trữ các giá trị trung gian trong quá trình xử lý, để chuyển đổi giữa các thao tác tính toán khác nhau Vùng nhớ này có thể được sử dụng như một bộ đệm để tăng tốc độ xử lý.
* Các lệnh được sử dụng trong chương trình:
- Lệnh LD: Có nhiệm vụ logic khởi tạo công tắc NO (Thường mở) và nối trực tiếp đầu bên trái của mạch.
Ban đầu thì tiếp điểm X000 thường mở (OFF) nên không điện vào cuộc dây Y000 Sau khi đóng tiếp điểm X000 (ON) thì mạch kín và cuộn dây Y000 có điện.
- Lệnh LDI: Có nhiệm vụ logic khởi tạo công tắc NC (Thường đóng) và nối trực tiếp đầu bên trái của mạch.
Tiếp điểm X001 giữ vai trò quan trọng trong mạch điện, ban đầu có trạng thái đóng ON duy trì mạch kín để cấp điện vào cuộn dây Y001 Tuy nhiên, khi có tác động lên X001, tiếp điểm sẽ chuyển sang trạng thái tắt OFF, mở mạch và ngắt dòng điện cấp vào cuộn dây Y001.
- Lệnh OUT: Điều khiển cuộn dây, nối trực tiếp vào bên phải của mạch.
Cuộn dây Y002 có điện khi mạch kín và mất điện khi mạch hở.
- Lệnh AND: Nối tiếp công tắc NO (thường mở), có thể nối tiếp nhiều công tắc.
Ban đầu cuộn dây Y002 không có điện do các tiếp điểm X001, X002, X003 thường mở Nếu các tiếp điểm X001, X002, X003 cùng đóng lại thì cuộn dây Y002 có điện.
- Lệnh ANDI: Nối tiếp công tắc NC (thường đóng), có thể nối tiếp nhiều công tắc.
Ban đầu cuộn dây Y003 có điện do các tiếp điểm X004, X005, X006 thường đóng Nếu 1 trong các tiếp điểm mở ra thì cuộn dây Y003 mất điện.
- Lệnh OR: Nối song song công tắc NO (thường mở), tối đa 10 nhánh nối song song cho 1 cuộn dây.
Nếu 1 trong 3 tiếp điểm X000, X001, X002 mà đóng lại thì cuộn dây Y000 sẽ có điện.
- Lệnh SET: Đặt một thiết bị (Bit) lên chế độ ON vĩnh viễn.
Khi X000 bật thì Y000 sẽ được bật từ OFF sang ON Và khi X000 tắt thì Y000 vẫn giữ trạng thái ON.
- Lệnh RST: Đặt một thiết bị (Bit) xuống chế độ OFF vĩnh viễn.
Nếu X001 ON, thì trạng thái của Y000 sẽ từ ON về OFF và sẽ vẫn giữ nguyên trạng thái này kể cả khi tiếp điểm X001 OFF.
- Lệnh PLS: Kích xung khi có cạnh tác động lên và bật cuộn dây trong 1 chu kì
Sau khi X000 ON thì Y000 từ trạng thái OFF ON Lúc này lệnh PLS sẽ bắt được xung cạnh lên từ OFF ON của Y000 và sẽ đặt trạng thái Y001 lên là ON.
- Lệnh PLF: Kích xung khi có cạnh tác động xuống và bật cuộn dây trong 1 chu kì.
Khi tắt X000 thì Y000 từ trạng thái ON OFF Lúc này lệnh PLF sẽ bắt được xung cạnh xuống của Y00 và sẽ bật cuộn dây Y001 lên trạng thái ON.
- Lệnh Timer: Sử dụng khi điều khiển yêu cầu trì hoãn về thời gian FX3U có 512 Timer (từ T0 T511).
Gồm 2 loại: thông thường và nhớ
Có 3 loại độ phân giải tính thời gian: 1ms, 10ms, 100ms.
Bộ đếm T0 có độ phân giải là 100ms và hệ số K30 tương ứng với thời gian trễ 3s Khi tiếp điểm X0 đóng, T0 bắt đầu đếm Sau 3s, tiếp điểm T0 đóng lại và kích hoạt cuộn dây Y001 Tuy nhiên, nếu tiếp điểm X000 bị ngắt trong quá trình đếm, bộ đếm T0 cũng ngừng đếm và trở về giá trị ban đầu.
- Lênh Counter: Sử dụng để đếm và FX3U có 235 Couter (từ C0 C234), gồm 2 loại sau:
Bộ đếm 16 bit chỉ tăng
Bộ đếm 32 bit tăng và giảm
Với mỗi bộ đếm chia thành 2 loại:
Bộ đếm thường (Xóa khi mất nguồn PLC).
Bộ đếm giữ (Giữ nguyên trang thái khi mất điện nguồn PLC)
Mỗi lần X000 ON thì biến C0 sẽ đếm 1 lần (K5 chính là số lần đếm đặt trước). Khi C0 đếm đủ 5 lần thì sẽ đóng tiếp điểm C0 và bật cuộn dây Y001 ON.
+) Màn hình 1 (Home): Gồm giới thiệu hệ thống, và nút Start và Stop hệ thống. +) Màn hình 2: Điều khiển chế độ tự động (Auto).
+) Màn hình 3: Điều khiển chế độ bằng tay (Manual).
Hình 4 2 Màn hình 2- Chế độ Auto
Hình 4 3 Màn hình 3- Chế độ Manual