bài tập lớn lập trình plc nâng cao tên đề tài hệ thống pha màu tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAAKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN LẬP TRÌNH PLC NÂNG CAO

Tên đề tài: HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Hùng Mã SV: 19010390 Lớp: Kỹ Thuật Điều Khiển và Tự Động Hóa Cán bộ hướng dẫn: ThS Nguyễn Thị Thanh Vân Khoa Điện –Điện tử

Hà Nội, 07/2024

LỜI MỞ ĐẦU

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, các hệ thống tự động hóa ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và chất lượng sản phẩm Đặc biệt, trong ngành sản xuất sơn và chất phủ, việc pha màu tự động không chỉ giúp tiết kiệm thời gian mà còn đảm bảo độ chính xác cao, đồng nhất về màu sắc, đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của thị trường.

Hệ thống pha màu tự động được phát triển nhằm tối ưu hóa quá trình sản xuất, giảm thiểu sai sót do yếu tố con người, đồng thời tăng cường tính linh hoạt và khả năng đáp ứng nhanh với các đơn hàng đa dạng Công nghệ tiên tiến trong việc pha màu giúp các doanh nghiệp có thể tạo ra nhiều loại màu sắc khác nhau với độ chính xác tuyệt đối, từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh và đáp ứngđược nhu cầu ngày càng cao của khách hàng.

Với mục tiêu nghiên cứu và phát triển các giải pháp tự động hóa tiêntiến, nhóm chúng tôi đã lựa chọn đề tài "Thiết kế và triển khai hệ thống pha màu tự động" Đề tài này không chỉ mang tính ứng dụng cao trong thực tiễn mà còn là bước tiến quan trọng trong việc áp dụng công nghệ vào quá trình sản xuất, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp.

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu trường Đại học Phenikaa, cùng toàn thể các thầy cô trong Khoa Điện – Điện Tử, đã tạo điều kiện thuận lợi và môi trường học tập chuyên nghiệp, giúp chúng em có cơ hội tiếp cận với kiến thức hiện đại và kỹ năng cần thiết trong lĩnh vực Lập trình PLC nâng cao.

Em xin đặc biệt cảm ơn cô Nguyễn Thị Thanh Vân , người đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình học tập và thực hành Sự nhiệt tình, tâm huyết và phương pháp giảng dạy sáng tạo của cô đã giúp chúng em hiểu rõ hơn về cácnguyên lý và ứng dụng của PLC trong thực tế Cô không chỉ truyền đạt kiến thức, mà còn khơi dậy niềm đam mê và hứng thú trong chúng em, tạo động lực để chúng em phấn đấu và phát triển bản thân.

Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô khác trong khoa, những người đã luôn sẵn lòng giúp đỡ và hỗ trợ chúng em trong quá trình học tập Sự tận tâm và chỉ dẫn của các thầy cô đã giúp chúng em vượt qua những khó khăn và thách thức, góp phần quan trọng vào thành công của chúng em hôm nay.

Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn đến các bạn học viên trong lớp, những người đã cùng nhau học tập, chia sẻ kiến thức và kinh nghiệm, cũng như hỗ trợ nhau trong các bài tập và dự án Sự đoàn kết và tinh thần hợp tác của các bạn đã tạo nên một môi trường học tập tích cực và hiệu quả.

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè, những người đãluôn ủng hộ, động viên và là nguồn động lực lớn lao cho em trong suốt quá trình học tập Sự quan tâm và chia sẻ của mọi người đã giúp em vượt qua những khó khăn và đạt được những thành tựu nhất định trong môn học này

Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN 19

3.1 : Lưu đồ thuật toán : 19

3.2 Chương trình điều khiển sử dụng PLC : 21

3.2.1 : Bảng tags: 21

3.2.2 : Các khối chương trình : 24

3.3 Kết quả mô phỏng : 41

3.4 Kết luận và hướng phát triển của đề tài : 43

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44

Phụ Lục 44

Hình1 6:Hệ thống pha màu sơn tự động 10

Hình 2 1:Sơ đồ khối tổ chức hoạt động của hệ thống 15

Hình 2 2:Sơ đồ tổ chức các khối có trong hệ thống 16

Hình 2 3:Bảng tỉ lệ pha màu sơn 17

Hình 3 1:Lưu đồ thuật toán chương trình Manual 19

Hình 3 2:Lưu đồ thuật toán chương trình Auto 20

Hình 3 3:Lưu đồ thuật toán chương trình chính 21

Hình 3 4:Chế độ Manual trên HMI khi hoàn thành 41

Hình 3 5:Chế độ Auto trên HMI khi hoàn thành 42

Hình 3 6:Khi sản phẩm hoạt động 42

Mục Lục Bảng BiểuBảng 1:Input: Các tag biểu diễn đầu vào của hệ thống 21

Bảng 2:output: Các tag biểu diễn đầu ra của hệ thống 22

Bảng 3:M Tag biểu diễn các đầu vào trên HMI và biến trunggian 22

Bảng 4:Tag mã màu 23

KẾ HOẠCH THỰC HIỆN ĐỒ ÁNST

Công việc thựchiện

Thời gianthực hiện

Thànhviên thực

Chú ý

1 Viết báo cáo chương3 – code các khốiAuto , Analog, Bơm

định lượng , thiết kếHMI , tìm hiểu cáckiến thức liên quan

3052024 25-6-2024

-NguyễnXuân Hùng

Đã hoànthành

2 Viết báo cáo chương2 –

Code các khối ColorCalculation , Field,thiết kế HMI , làmpowpoin

3052024 25-6-2024

-NguyễnĐức Trung

Đã hoànthành

3 Viết báo cáo chương1 -code các khốiManual-Output-Simulation , thiết kếHMI , làm powpoin

3052024 25-6-2024

Quang Huy

Đã hoànthành

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG

1.1 Các thành phần thiết bị:

•Bộ điều khiển:

Mô hình sử dụng PLC S7-1200 bao gồm các phần chính như CPU, bộ nhớ RAMvà Flash, các cổng giao tiếp như Ethernet, USB, RS485, RS232 và các module I/O đểkết nối với các thiết bị điều khiển khác Thiết bị cũng được trang bị nhiều tính năngan toàn như quản lý nguồn, bảo vệ quá tải và giám sát điện áp để đảm bảo sự an toàntrong quá trình vận hành Tất cả những phần này làm nên cấu trúc của PLC S7-1200và giúp cho thiết bị hoạt động ổn định và chính xác.

Hình1.1:PLC S7-1200

Hình1 2:Cảm biến đo mức nước thủy tĩnh output 0-20mA

 Nguồn cấp cho cảm biến : 12…36VDC

 Dãy đo theo yêu cầu : 1 mét đến 100 mét nước.

 Tín hiệu ngõ ra : 4-20mA hoặc 0-10V

 Sai số : 0.4% trên toàn dãy đo

 Chỉ số bào vệ : IP68

 Sự ổn định lâu dài : 0.3%/ năm

 Vật liệu cảm biến : AISI 303

 Trọng lượng cảm biến : 180g

 Trọng lượng cáp : 60g/m

 Nhiệt độ hoạt động : -20…+70 độ C

•Bộ nguồn

Nguồn 220VAC cấp cho hệ thống: là nguồn xoay chiều lấy từ lưới điện có tần số50Hz

Nguồn 24VDC 10A cấp cho PLC, nút nhấn, đèn báo và relay.Nguồn 12VDC 30 cấp cho động cơ kéo cabin và động cơ kéo cửa.

Hình1 3: Bộ Nguồn•Nút nhấn

Là loại công tắc đơn giản để đóng ngắt các thiết điện, máy móc hoặc điều khiểnhoạt động các thiết bị điện tử.

Trong bài dùng để bật tắt các thiết bị

Hình1 4:Nút Nhấn

•Máy bơm

Thông số kỹ thuật :

Động cơ 2 cực 2900 vòng/phút: 1p/220v và 3p/380/50hz.Nhiệt độ chất lỏng 10 – 50°C

Cấp bảo vệ: IP 44Cấp cách điện: F

Hình1 5:Máy Bơm

1.2 Một số hệ thống pha màu tự động trong thực tế :

Hệ thống pha màu tự động hiện nay đã được triển khai trong nhiều lĩnh vực côngnghiệp khác nhau, đặc biệt là trong ngành sơn, mực in và thực phẩm Một số hệthống tiêu biểu bao gồm:

- Hệ thống pha màu sơn tự động: Sử dụng các thiết bị cảm biến màu sắc và bộ điềukhiển để pha trộn các thành phần sơn với độ chính xác cao Hệ thống này thườngđược tích hợp với các máy pha chế và máy phun sơn, giúp giảm thời gian và côngsức lao động.

Hình1 6:Hệ thống pha màu sơn tự động

-Hệ thống pha màu mực in: Được sử dụng trong ngành công nghiệp in ấn, hệ thốngnày giúp pha trộn mực in theo các công thức đã được lập trình sẵn, đảm bảo màusắc đồng nhất và giảm thiểu sai sót trong quá trình in.

Hình1 7:Hệ thống pha màu mực in

-Hệ thống pha màu thực phẩm: Áp dụng trong sản xuất thực phẩm và đồ uống, hệ thống này giúp pha trộn các chất màu thực phẩm theo tỷ lệ chính xác, đảm bảo an toàn và chất lượng sản phẩm.

Hình1 8:Hệ thống pha màu thực phẩm

1.3 Các vấn đề tồn tại của các hệ thống thực tế :

Mặc dù các hệ thống pha màu tự động đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể và mang lại nhiều lợi ích cho các ngành công nghiệp, vẫn còn tồn tại một số vấn đề cần được giải quyết để tối ưu hóa hiệu quả và đáp ứng đầy đủ nhu cầu sản xuất Các vấn đề chính bao gồm:

-Độ chính xác và ổn định :Một trong những thách thức lớn nhất của các hệ thống

pha màu tự động hiện nay là đảm bảo độ chính xác và ổn định của màu sắc Các yếu tố như sự biến đổi của nguyên liệu đầu vào, nhiệt độ môi trường, và sự mài mòn của các thiết bị có thể ảnh hưởng đến kết quả pha màu Đặc biệt, khi pha trộn

các màu sắc phức tạp, độ sai lệch nhỏ trong tỷ lệ thành phần có thể dẫn đến sự khác biệt đáng kể về màu sắc cuối cùng Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm mà còn gây khó khăn trong việc duy trì sự nhất quán giữa các lô sản phẩm khác nhau.

-Tính linh hoạt :Nhiều hệ thống pha màu tự động hiện nay chưa đáp ứng được yêu

cầu về tính linh hoạt trong quá trình sản xuất Khả năng thay đổi công thức pha màu và điều chỉnh các thông số sản xuất một cách nhanh chóng và dễ dàng là rất quan trọng, đặc biệt đối với các doanh nghiệp phải đối mặt với nhu cầu đa dạng và thay đổi liên tục từ khách hàng Tuy nhiên, việc lập trình lại hệ thống và điều chỉnhthiết bị để đáp ứng các yêu cầu mới thường phức tạp và tốn nhiều thời gian, gây ra sự chậm trễ trong sản xuất và làm giảm hiệu quả hoạt động.

-Chi phí đầu tư :Chi phí đầu tư ban đầu cho các hệ thống pha màu tự động thường khá cao, đặc biệt là đối với các doanh nghiệp nhỏ và vừa Các hệ thống này yêu cầu sự đầu tư lớn về thiết bị, công nghệ, và nhân lực để cài đặt và vận hành Ngoài ra, chi phí bảo trì và nâng cấp hệ thống cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét.Đối với các doanh nghiệp có ngân sách hạn chế, việc đầu tư vào một hệ thống pha màu tự động có thể gây áp lực tài chính lớn, và họ có thể phải cân nhắc giữa lợi íchmang lại và chi phí đầu tư.

-Khả năng tích hợp và mở rộng :Một số hệ thống pha màu tự động gặp khó khăn trong việc tích hợp với các hệ thống sản xuất hiện có hoặc mở rộng để đáp ứng nhucầu phát triển của doanh nghiệp Khả năng kết nối và truyền thông giữa các thiết bịtrong hệ thống sản xuất là yếu tố quan trọng để đảm bảo sự phối hợp nhịp nhàng và hiệu quả Nếu hệ thống pha màu không thể tích hợp tốt với các thiết bị khác hoặc khó mở rộng khi cần thiết, doanh nghiệp sẽ gặp khó khăn trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và đáp ứng nhu cầu thị trường.

-Yêu cầu kỹ thuật cao :Việc vận hành và bảo trì các hệ thống pha màu tự động đòi hỏi đội ngũ nhân viên có trình độ kỹ thuật cao và hiểu biết sâu rộng về công nghệ Đối với nhiều doanh nghiệp, đặc biệt là các doanh nghiệp nhỏ, việc tuyển dụng và đào tạo nhân viên đáp ứng yêu cầu kỹ thuật này có thể gặp nhiều khó khăn và tốn kém Điều này có thể dẫn đến tình trạng thiếu hụt nhân lực có khả năng vận hành hiệu quả hệ thống, gây ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng sản xuất.

Những vấn đề trên đòi hỏi các nhà nghiên cứu và phát triển cần phải tìm ra những giải pháp mới và hiệu quả hơn để cải thiện độ chính xác, tính linh hoạt, giảm chi phí và nâng cao khả năng tích hợp của các hệ thống pha màu tự động, từ đó đáp ứng tốt hơn nhu cầu của thị trường và góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất cho các doanh nghiệp.

1.4 Hướng thực hiện của đề tài :

-Thiết kế hệ thống pha màu tự động dựa trên 3 màu cơ bản :đỏ, vàng, xanh sau khi trộn với tỉ lệ nhất định sẽ ra màu mong muốn

-Hệ thống hoạt động với 2 chế độ:

+Khi ở chế độ Manual (thao tác bằng tay ) người dùng sẽ tự động bật tắt các máy bơm màu và tự setup tỉ lệ để pha ra màu mong muốn , sẽ có một bảng chọn màu trong đó có sẵn các tỉ lệ để ra màu người dùng sẽ căn cứ vào tỉ lệ đó để pha màu +Khi ở chế độ Auto(tự động ) ở mục chọn màu người dùng sẽ có một bảng màu , muốn màu nào thì chỉ cần bấm chọn màu đó hệ thống sẽ tự pha màu.

1.5 Kết luận chương 1 :

Chương 1 đã trình bày tổng quan về hệ thống pha màu tự động, bao gồm các thànhphần thiết bị, một số hệ thống tiêu biểu trong thực tế, các vấn đề tồn tại và hướng thực hiện của đề tài Việc nghiên cứu và phát triển hệ thống pha màu tự động không chỉ giúp khắc phục những hạn chế hiện tại mà còn mở ra những hướng phát triển mới, góp phần nâng cao hiệu quả và chất lượng sản phẩm trong các ngành công nghiệp liên quan.

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG

2.1 Sơ đồ khối hệ thống :

_ Hệ thống hoạt động theo 2 chế độ: Auto và Manual

Hình 2 1:Sơ đồ khối tổ chức hoạt động của hệ thống

Hình 2 2:Sơ đồ tổ chức các khối có trong hệ thống

2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống :

_ Để có được 1 màu sơn mà chúng ta cần thì cần pha trộn các màu cơ bản với nhau

gồm 3 màu: đỏ, vàng, lam theo tỉ lệ nhất định.

_ Khi trộn màu để chia tỉ lệ chính xác trên hệ thống thì cần dựa vào bảng pha màu chọn tỉ lệ tương ứng qua khối lượng màu đổ vào buồng trộn.

_ Ví dụ như để trộn ra màu xanh lá cây thì cần 2 màu là xanh lam và vàng Độ đậm hay nhạt của màu xanh lá cây được trộn ra tùy thuộc và tỉ lệ giữa 2 màu vàng và lam, vàng nhiều thì màu xanh lá trộn ra sẽ sáng hơn và ngược lại.

Hình 2 3:Bảng tỉ lệ pha màu sơn

_Mỗi khi trộn 1 màu xong hệ thống sẽ báo lại đã hoàn tất chu trình và có thể đổ màu đã trộn ra trước khi bắt đầu chu kì cho mẻ màu tiếp theo.

_ Hệ thống có 2 chế độ hoạt động: auto và manual

Ở chế độ Manual thì các van bể chứa màu đỏ, vàng, lam có thể kích hoạt bằng tay để đổ màu chúng ta cần xuống

Ở chế độ auto thì chỉ cần chọn màu cần trộn thì hệ thống sẽ tự đổ lượng màu cần thiếttrong bể đỏ, vàng,lam xuống buồng trộn Hoặc có thể chọn màu bằng tay bằng cách chỉnh tỉ lệ 3 màu đỏ, lam, vàng trên bảng điều khiển.

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN

3.1 : Lưu đồ thuật toán :Chương trình Manual:

Hình 3 1:Lưu đồ thuật toán chương trình Manual

Chương trình Auto:

Hình 3 2:Lưu đồ thuật toán chương trình Auto

Chương trình chính:

Hình 3 3:Lưu đồ thuật toán chương trình chính

3.2 Chương trình điều khiển sử dụng PLC :3.2.1 : Bảng tags:

Bảng 1:Input: Các tag biểu diễn đầu vào của hệ thống

3I_Red_PumpBool I0.2Switch chạy/dừng bơm màu đỏ4I_Yellow_PumpBool I0.3Switch chạy/dừng bơm màu vàng5I_Blue_PumpBool I0.4Switch chạy/dừng bơm màu xanh dương6I_Mix_MotorBool I0.5Switch chạy/dừng động cơ trộn7I_Out_ValveBool I0.6Switch đóng/mở van xả

8I_Out_PumpBool I0.7Switch chạy/dừng bơm xả9IW_Red_LevelWordIW64Cảm biến mức bể màu đỏ (4-20mA)10 IW_Yellow_LevelWordIW66Cảm biến mức bể màu vàng (4-20mA)11 IW_Blue_LevelWordIW68Cảm biến mức bể màu xanh dương (4-20mA)12 IW_Mix_Tank_LevelWordIW70Cảm biến mức bể trộn (4-20mA)

Bảng 2:output: Các tag biểu diễn đầu ra của hệ thống

Bảng 4:Tag mã màu

31M7_BluerealTỉ lệ màu xanh dương

3.2.2 : Các khối chương trình :

FC Analog: Khối chuyển đổi dạng số Nguyên sang số Thực

FC Auto: Chương trình điều khiển tự động của hệ thống :

FC Bơm Định lượng: Khối thiết lập mỗi s máy bơm bơm đc bao nhiêu ml :

FC_Color_Calculation: Thiết lập chọn màu tự động :

FC_Field: Khối move cái input vào khối DB-field mục đích để sử dụng tag input :

FC_Manual: Chương trình điều khiển bằng tay của hệ thống

FC_Output: Khối điều khiển đầu ra của hệ thống :

FC_SIMULATION: Khối mô phỏng quy trình hoạt động trên HMI :

3.3 Kết quả mô phỏng :

Hình 3 4:Chế độ Manual trên HMI khi hoàn thành

Hình 3 5:Chế độ Auto trên HMI khi hoàn thành

Hình 3 6:Khi sản phẩm hoạt động

3.4 Kết luận và hướng phát triển của đề tài :

- Về kiến thức:

+ Đã nghiên cứu về các hệ thống pha màu thực tế

+ Đã có khả năng lập trình , hiểu về code PLC thành thạo trên TIA portal

+Đã có khả năng thiết kế giao diện HMI – WinCC trên Tia Portal- Về thực nghiệm:

+ Xây dựng thành công hệ thống pha màu tự động trên phần mềm Tia Portal

+Thiết kế được giao diện vào chạy một cách ổn định+ Nâng cao kỹ năng làm việc nhóm cùng các thành viên- Hướng phát triển:

Vì đề tài còn nhiều hạn chế , còn chưa được sát thực tế Sẽ phát triển đề tàiđúng thực tế 1 cách tối đa , thiết kế ra sản phẩm thực tế