TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
Các thành phần thiết bị
Mô hình sử dụng PLC S7-1200 bao gồm các phần chính như CPU, bộ nhớ RAM và Flash, các cổng giao tiếp như Ethernet, USB, RS485, RS232 và các module I/O để kết nối với các thiết bị điều khiển khác Thiết bị cũng được trang bị nhiều tính năng an toàn như quản lý nguồn, bảo vệ quá tải và giám sát điện áp để đảm bảo sự an toàn trong quá trình vận hành Tất cả những phần này làm nên cấu trúc của PLC S7-1200 và giúp cho thiết bị hoạt động ổn định và chính xác.
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
Nhiệt độ hoạt động : -20…+70 độ C
Nguồn 220VAC cấp cho hệ thống: là nguồn xoay chiều lấy từ lưới điện có tần số 50Hz
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.
Là loại công tắc đơn giản để đóng ngắt các thiết điện, máy móc hoặc điều khiển hoạt động các thiết bị điện tử.
Trong bài dùng để bật tắt các thiết bị
Thông số kỹ thuật : Động cơ 2 cực 2900 vòng/phút: 1p/220v và 3p/380/50hz.
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 công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong ngành sơn, mực in và thực phẩm Một số hệ thống tiêu biểu bao gồm:
- Hệ thống pha màu sơn tự động: Sử dụng các thiết bị cảm biến màu sắc và bộ điều khiển để pha trộn các thành phần sơn với độ chính xác cao Hệ thống này thường được tích hợp với các máy pha chế và máy phun sơn, giúp giảm thời gian và công sức 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 thống này giúp pha trộn mực in theo các công thức đã được lập trình sẵn, đảm bảo màu sắc 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
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 chỉnh thiết 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 ích mang 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 nhu cầu phát triển của doanh nghiệp Khả năng kết nối và truyền thông giữa các thiết bị trong 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.
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.
Kết luận chương 1
Chương 1 đã trình bày tổng quan về hệ thống pha màu tự động, bao gồm các thành phần 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.
XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHA MÀU TỰ ĐỘNG
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
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 thiết trong 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.
Kết luận chương 2
_ Thiết kế được hình ảnh hệ thống và quy trình hoạt động của hệ thống.
_ Tính toán, chia tỉ lệ các loại màu sắc khác nhau để pha trộn.
_ Bước đầu xây dựng các khối cần thiết cho chương trình.
KẾT QUẢ THỰC HIỆN VÀ KẾT LUẬN
Chương trình điều khiển sử dụng PLC
Bảng 1:Input: Các tag biểu diễn đầu vào của hệ thống
1 I_System Bool I0.0 s Bật tắt hệ thống
2 I_Mode Bool I0.1 Chế độ vận hành
3 I_Red_Pump Bool I0.2 Switch chạy/dừng bơm màu đỏ
4 I_Yellow_Pump Bool I0.3 Switch chạy/dừng bơm màu vàng
5 I_Blue_Pump Bool I0.4 Switch chạy/dừng bơm màu xanh dương
6 I_Mix_Motor Bool I0.5 Switch chạy/dừng động cơ trộn
7 I_Out_Valve Bool I0.6 Switch đóng/mở van xả
8 I_Out_Pump Bool I0.7 Switch chạy/dừng bơm xả
9 IW_Red_Level Wor d IW64 Cảm biến mức bể màu đỏ (4-
10 IW_Yellow_Level Wor d IW66 Cảm biến mức bể màu vàng (4-
11 IW_Blue_Level Wor d IW68 Cảm biến mức bể màu xanh dương (4-20mA)
12 IW_Mix_Tank_Lev el Wor d IW70 Cảm biến mức bể trộn (4-
Bảng 2:output: Các tag biểu diễn đầu ra của hệ thống
Bảng 3:M Tag biểu diễn các đầu vào trên HMI và biến trung gian
M_Simulation bool M10.0 Nút mô phỏng trên WinccM_Reset bool M10.1 Nút Reset trên Wincc
2 M1_Enable bool Mã màu đã được
3 M1_Red real chọn Tỉ lệ màu đỏ
4 M1_Yellow real Tỉ lệ màu vàng
5 M1_Blue real Tỉ lệ màu xanh dương
8 M2_Enable bool Mã màu đã được
9 M2_Red real chọn Tỉ lệ màu đỏ
10 M2_Yellow real Tỉ lệ màu vàng
11 M2_Blue real Tỉ lệ màu xanh dương
12 M3_Enable bool Mã màu đã được
13 M3_Red real chọn Tỉ lệ màu đỏ
14 M3_Yellow real Tỉ lệ màu vàng
15 M3_Blue real Tỉ lệ màu xanh dương
16 M4_Enable bool Mã màu đã được
17 M4_Red real chọn Tỉ lệ màu đỏ
18 M4_Yellow real Tỉ lệ màu vàng
19 M4_Blue real Tỉ lệ màu xanh dương
20 M5_Enable bool Mã màu đã được
21 M5_Red real chọn Tỉ lệ màu đỏ
22 M5_Yellow real Tỉ lệ màu vàng
23 M5_Blue real Tỉ lệ màu xanh dương
24 M6_Enable bool Mã màu đã được
25 M6_Red real chọn Tỉ lệ màu đỏ
26 M6_Yellow real Tỉ lệ màu vàng
27 M6_Blue real Tỉ lệ màu xanh dương
28 M7_Enable bool Mã màu đã được
29 M7_Red real chọn Tỉ lệ màu đỏ
30 M7_Yellow real Tỉ lệ màu vàng
31 M7_Blue real Tỉ lệ màu xanh dương
32 M8_Enable bool Mã màu đã được
33 M8_Red real chọn Tỉ lệ màu đỏ
34 M8_Yellow real Tỉ lệ màu vàng
35 M8_Blue real Tỉ lệ màu xanh dương
36 M9_Enable bool Mã màu đã được
37 M9_Red real chọn Tỉ lệ màu đỏ
38 M9_Yellow real Tỉ lệ màu vàng
39 M9_Blue real Tỉ lệ màu xanh dương
40 M10_Enable bool Mã màu đã được
41 M10_Red real chọn Tỉ lệ màu đỏ
42 M10_Yellow real Tỉ lệ màu vàng
43 M10_Blue real Tỉ lệ màu xanh dương
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 :
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
Kết luận và hướng phát triển của đề tài
+ 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
+ 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
Vì đề tài còn nhiều hạn chế , còn chưa được sát thực tế Sẽ phát triển đề tài đúng thực tế 1 cách tối đa , thiết kế ra sản phẩm thực tế
