Đồ Án Tốt Nghiệp Đồ Án Phát Triển Hệ Thống Chiết Rót Mâm Xoay ( Rotary Filling System).Pdf

Đề có thể tạo ra được những sản phẩm hoàn thiện nhanh và chất lượng thì bắt buộc phải có những thiết bị hiện đại, hệ thống sản xuất chuyên dụng cho vẫn đề chiết rót đóng gói sản phẩm, đả

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAI HOC CONG NGHE TP HO CHi MINH

Ey HUTECH

Đại học Công nghệ Tp.HCM

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

ĐỎ ÁN PHAT TRIEN HE THONG CHIẾT RÓT MẦM XOAY (

ROTARY FILLING SYSTEM)

NGANH: KY THUAT DIEU KHIEN VÀ TỰ DONG HOA GIANG VIEN HUONG DAN: TS PHAM QUOC THIEN

TP Hỗ Chí Minh, tháng 07 năm 2024

TRANG BÌA PHỤ

PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐÈ TÀI ĐATN

PHIEU GIAO NHIEM VU THUC HIỆN ĐATN

LỜI CAM ĐOAN

Nhóm tôi xin cam đoan răng đây là sản phâm nghiên cứu của các thành viên trong nhóm, có

sự hỗ trợ của thầy TS Phạm Quốc Thiện Các nội dung nghiên cứu và phát triển mô hình đồ án

là trung thực, thắng thắn

Những thông số, số liệu trong các bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, tính toán, lựa chọn, nhận xét và đánh giá được nhóm áp dụng từ những bài học trên ghế nhà trường và tham khảo, thu thập tài liệu từ các nguồn khác nhau có ghi trong phần tài liệu tham khảo

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận trong quá trình làm đồ án, nhóm xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng cũng như kết quả Đồ án tốt nghiệp của minh

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 202

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

LỜI CÁM ƠN

Đề đồ án này đạt kết quả tốt đẹp, nhóm đã nhận được nhiều sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều cơ quan, tổ chức và cá nhân Với tình cảm sâu sắc và chân thành nhất, cho phép nhóm được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các cá nhân và cơ quan đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu phát triển đề tài

Trước hết, nhóm Trước hết nhóm xin gửi tới các thầy cô Viện kỹ thuật trường Đại học Công Nghệ TPHCM một lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc nhất Với sự quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy cô, đến nay nhóm đã có thê hoàn thành đồ án tốt nghiệp, dé tai:

“Phát triên hệ thống chiết rót mâm xoay”

Đặc biệt, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy TS Phạm Quốc Thiện, người đã dành nhiều thời gian, tâm huyết và kiến thức để hướng dẫn, chỉ bảo và hỗ trợ nhóm trong suốt quá trình thực hiện đồ án này Sụ giúp đỡ và động viên của thầy đã góp phần quan trọng vào việc hoàn thành dé an nay

Cuối cùng với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên, đồ

án này không thê tránh khỏi những thiếu sót Nhóm mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý để nhóm có thê bô sung và nâng cao kiên thức, phục vụ tốt hơn cho công việc thực tê sau nảy

TÓM TẮT

Hệ thống chiết rót mâm xoay là một thiết bị công nghiệp sử đụng cho quá trình đóng gói các sản phâm lỏng và các sản phẩm tiêu dùng khác, có độ chính xác cao Trong đề tài này, hệ thống chiết rót mâm xoay dựa trên PLC Siemens làm phân điều khiến HỆ thống bao gồm các thành phân chính là băng tải, cơ cầu mâm xoay, cơ cấu chiết rót, cơ cấu cấp vặn nắp Ý tưởng hoạt động của hệ thông bao gồm các công đoạn, đề chai vào băng tải, tới mâm xoay, chiết rót, băng tải ra, cấp và vặn nắp Thiết kế giao điện SCADA đề người dùng đễ quan sát được các thông số may Két quả thực nghiệm cho thấy hệ thống hoạt động ôn định và có thể làm nền tảng cho việc triển khai công nghiệp

ABSTRACT

A rotary filling system is an industrial device used for packaging liquid products and other consumer goods with high precision In this project, the rotary filling system is controlled by a Siemens PLC The system includes the main components of a conveyor, a rotary table mechanism, a filling mechanism, and a capping mechanism The operational concept of the system involves several stages: placing the bottles on the conveyor, moving them to the rotary table for filling, transporting them out on the conveyor, and finally, capping them A SCADA interface is designed to allow users to easily monitor the machine parameters Experimental results indicate that the system operates stably and

can serve as a foundation for industrial implementation

MỤC LỤC

Phiếu đăng ký tên đề tài ĐATN

Phiêu giao nhiệm vụ

ri

Danh sách các chữ viết tắt 2-2222 2112212211271211211121122112111122 2y

Danh sach cac hi 0000

1.4 Tổng quan về toàn bộ dây chuyễn - St 2221211111172 xe

1.4.1 Chiết rót nước vào chai SE 11 215515515251521511551555 555

1.4.2 Đóng nắp chai 5 TT E22 1212111111 ctxe

1.5 Khả năng ứng dụng của đây chuyên chiết rót, đóng nắp

1.5.1 Ung dụng vào sản xuất 5s- s1 2222121121121 xee

1.6 Một số dây chuyền chiết rót, đóng nắp, dán nhãn ở Việt Nam

1.7 Mục đích nghiên cứu - 2 2 222111211 12111 11122 ex+2

CHƯƠNG 2: TONG QUAN GIAI PHAP CONG NGHE

2.1 Giới thiệu vé hé thong tu GONG ceeccecseesessesesessesseseesesseesees

2.1.1 Téng quate ccccccccccsecsessescssessessesssessesesseees

2.1.2 Vai trò của hệ thống tự động L2 2.1221 12121112 krey

2.1.3 Khó khăn trong việc ứng dụng hệ thống tự động

2.2 Các thiết bị đang sử dụng trên thị trường - -: -+c5<xc552

2.2.1 Thiết bị thủ CỔNØ L 2 2n 2s

2.2.2 Thiết bị bán tự động scnsccserxe

2.2.3 Thiết bị tự động .- c2cccằ

2.3 Mục tiêu TQ S222 se

2.4 Từng khâu trong hệ thống . 2- 55 5z2zzzcze2

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT - scccczxc2zzzszzez

3.1 Phương pháp và phương tiện nghiên cứu - 5-55 555+ 5552

3.2 Phương án giải quyết -.sccscccczererea

3.2.1 Hệ thống chiết rót scs S21 E21 E2 se

3.2.2 Hệ thống cấp nắp -s scncc ri

3.2.3 Hệ thống đóng nắp - sex

CHUONG 4: QUY TRINH THIET KE PHAN CUNG VA PHAN MEM

4.1 Bang FAST iccecccccccsseccsseessssseeseseeeeeees

4.2 M6 ta va quy trinh chay MAY 0 00 ccc eects

4.2.1 Danh sách các thiết bị của máy và vai trò của các thiết bị

4.2.2 Trình tự chạy máy - 52c +22 c 2x csS2

4.3 Danh sách thiết bị mạch động lực và điều khiến 22 1 S225 155215252552

4.3.1 Cụm băng tải vào o2 S222

4.3.2 Cụm chiết rote ccc

4.3.3 Cụm băng tải ra và vặn nắp ¬

4.3.4 PLC c cSc Si se

4.3.5 Nút nhắn, đèn báo, phụ kiện -:52:+2 25c <s22

CHUONG 5: THI CONG MO HINH HOAC MO PHONG, DANH GIA KET QUA

CHƯƠNG 6: KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIÊN DE TAI

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TAT

DANH MỤC CÁC BẢNG, BIÊU ĐỎ, ĐỎ THỊ, SƠ ĐỎ, HÌNH

ẢNH

LỜI MỞ ĐẦU

Trong ngành công nghiệp hiện đại, chiết rót là một quy trình quan trọng và không thê thiếu trong việc sản xuất và đóng gói các sản phẩm lỏng Từ các sản phẩm tiêu dùng hàng ngày như nước giải khát, sữa, dầu gội đầu, nước rửa chén đến các sản phẩm có giá trị cao như dược phẩm

và hóa chất, quá trình chiết rót đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo chất lượng sản phâm

và tối ưu hóa hiệu suất sản xuất

Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và yêu cầu ngày càng cao về năng suất và độ chính xác đã thúc đây sự ra đời của các hệ thống chiết rót hiện đại, trong đó hệ thống chiết rót mâm xoay là một trong những giải pháp tiên tiến Hệ thống này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn đảm bảo độ chính xác cao, giảm thiểu sai sót và lãng phí nguyên liệu

Đề có thể tạo ra được những sản phẩm hoàn thiện nhanh và chất lượng thì bắt buộc phải có những thiết bị hiện đại, hệ thống sản xuất chuyên dụng cho vẫn đề chiết rót đóng gói sản phẩm, đảm bảo các yêu cầu về sản xuất và môi trường Muốn có một hệ thống chạy ôn định, giảm thiếu tôi đa nhân công, mang lại độ chính xác cao, và đó cũng chính là lý do nhóm lên kế hoạch cho

đề tài ““ Phả triển hệ thống chiết rót mâm xoay ”°

Trong quá trình thi công và thiết kế mô hình, do kiến thức cũng như khả năng còn hạn chế

nên nhóm không thê tránh khỏi những thiếu sót, mong quý thầy cô thông cảm và chỉ bảo thêm

đê mô hình thêm hoàn thiện hơn Và nhóm xin gửi lời cám ơn chân thành đến thầy TS Phạm

Quốc Thiện đã tận tình giúp đỡ và dẫn dắt nhóm đề có thê hoàn thành đỗ án tốt nghiệp này

Chương Í GIỚI THIỆU ĐÈ TÀI

1.1 Tính cần thiết của hệ thống chiết rót tự động

1.1.1 Đặt vấn đề

Hiện nay nhằm đi theo xu hướng tự động hóa mọi thứ được phát triển đề thay thế sức lao động của con người, bởi vì sức lao động của con người là có giới hạn và chi phi nhân công cũng rất là cao, còn máy móc có thê đáp ứng công việc của rất nhiều người cùng một lúc, vừa đa dạng hóa nhiều nhu cầu và cũng như nhằm giảm thiêu chí phí đồng thời cũng đem lại hiệu quả cao hơn

Hình: Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai Trong thời đại công nghiệp hiện đại, máy chiết rót tự động đã trở thành một trong những công cụ không thể thiếu trong quy trình sản xuất của nhiều doanh nghiệp Sự phô biến của

chúng không chỉ đến từ tính hiệu quả mà còn từ khả năng tối ưu hóa hoạt động sản xuất và đóng

góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp Với khả năng tự động hóa và tăng cường năng suất, máy chiết rót không chỉ giúp tạo ra sản phẩm chất lượng mà còn thúc đây sự phát triển của các doanh nghiệp

Hình: Hệ thống chiết rót, đán nhãn, đóng nắp

Các thiết bị chiết rót tự động thích hợp cho các đây chuyên chiết rót phức tạp, có yêu cầu

kỹ thuật cao và yêu cầu an toàn thực phẩm, chăng hạn như dây chuyền chiết rót nước tỉnh khiết, dây chuyền chiết rót, đóng chai

1.1.2 Tầm quan trọng

Hệ thống chiết rót đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp hiện đại, ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của quy trình sản xuất và chất lượng sản phẩm Đầu tiên, hệ thông này đảm bảo sự chính xác và đồng nhất trong liều lượng sản phẩm, điều này đặc biệt quan trọng trong ngành dược phẩm, nơi liều lượng sai lệch có thể ảnh hưởng đến sức khỏe của người tiêu ding Ngoài ra, việc sử dụng hệ thống chiết rót tự động giúp tăng năng suất và hiệu quả sản xuất bằng cách giảm thời gian sản xuất và lãng phí nguyên liệu

Hệ thống chiết rót cũng đảm bảo an toàn và vệ sinh, ngăn ngừa nhiễm bân và đáp ứng các tiêu chuân nghiêm ngặt về vệ sinh và an toàn Điều này rất quan trọng trong ngành thực phẩm và dược phẩm, nơi sự an toàn của sản phẩm là yếu tố hàng đầu Hơn nữa, việc tự động hóa chiết rót giúp giảm chỉ phí nhân công và bảo trì, đồng thời thiết bị chiết rót hiện đại thường dé bảo dưỡng

và có tuôi thọ cao

Việc ứng dụng công nghệ mới như tự động hóa, Internet vạn vật (lo T) và trí tuệ nhân tạo (AI) trong hệ thống chiết rót giúp tôi ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu lỗi và tăng hiệu quả Điều này không chỉ cải thiện chất lượng sản phẩm mà còn tăng cường khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp trên thị trường

cao Điều này làm cho hệ thống chiết rót trở thành một phần không thê thiếu trong ngành công nghiệp hiện đại

1.1.3 Ý nghĩa, lý do chọn đề tài

- Sát với ngành học, áp dụng những kiến thức đã đạt được thực hành ở ngoài thực tiễn

- Tạo ra một xu thế mới hiện đại hơn cho ngành kỹ thuật chiết rót

- Muốn phát triển và tìm hiểu nhiều hơn về kỹ thuật chiết rót trong công nghiệp

1.2.Mục đích của đề tài

Với sự phát triển của ngành công nghiệp chiết rót, cùng với những ý tưởng trong suốt quá trình học tập và làm việc đã thúc đây thực hiện nghiên cứu và giải quyết những vấn đề về nhược điểm của hệ thống chiết rót tự động Nhằm giải quyết được các vấn đề sau: Chiết đủ nước trong chai không thừa, điều khiến mâm xoay và chiết liên tục, đóng nắp vừa đủ để nước không chảy ra ngoài, hiểu hơn về các bước lập trình trong công nghiệp

1.4.1 Chiết rót nước vào chai

Trên thị trường hiện nay có khá nhiều công nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng sẽ

có cách chiết rót khác nhau như: Nước có gaz, nước không øaz, chất lỏng dạng cô đặc Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thê tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vào trong chai, bình,

lọ, v.v Định lượng chất lỏng băng máy được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm Định lượng bằng máy chúng ta sẽ cải thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách chính xác

Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:

-Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ bình định mức trước khi rót vào chai

-Định lượng bằng chiết tới mức cô định: chất lỏng được chiết tới mức cô định trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lây khối thể tích bủ trừ ra khỏi chai; khi đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất ké thé tích của các chai có bằng nhau hay không Ngoài ra còn sử dụng ông thông hơi, chất lỏng được chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ đứng lại Phương pháp này có độ chính xác không cao, tuỳ thuộc độ đồng đều của chai

-Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai trong khoảng thời gian xác định, có thế xem như thể tích chất lỏng chảy là không đổi Phương pháp này chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá trị thấp, không yêu cầu độ chính xác định lượng

-Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này được áp dụng cho các sản phẩm có gas như bia, nước ngọt Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn áp suất khí quyên nhăm tránh không cho ga (khí CO2) thoát khỏi chất lỏng Với phương pháp rót đăng áp thông thường, người ta nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất trong chai bằng áp suất trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào trong chai nhờ chênh lệch độ cao

-Máy định lượng - chiết rót sản phẩm long gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cầu rót được bồ trí chiết cho L chai Các cơ cấu rót có thê được bố trí thăng hàng, làm việc cùng lúc (máy chiết có

cơ cấu chiết thăng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần tự (máy chiết bàn quay) như hình LL:

Hinh 1.1: May chiét rot ban quay

1.4.2 Dong nap chai

May đóng nắp chai là thiết bị công nghiệp được ứng dụng rộng rãi được sử dụng đề tự động đóng nắp cho các chai, lọ, hoặc hộp đựng các sản phẩm như thực phẩm, đỗ uống, được phẩm,

hóa chất và nhiều sản phẩm khác Đây là một phần quan trọng trong quy trình sản xuất hàng loạt, siúp tăng năng suất và đảm bảo chất lượng đóng gói

Nắp chai được dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn đồng thời được đưa vào vị trí có định của bộ phận vặn nắp đề chắc chăn răng mọi thứ theo dây chuyền có định ( Hình 1.2)

Hình I.2 : Máy đóng nắp chai

1.5 Khả năng ứng dụng của dây chuyền chiết rót, dong nap

1.5.1 Ứng dụng vào sản xuất

- Nâng cao tốc độ sản xuất và giảm thiêu chỉ phí:

Thứ quan trọng nhất đối với máy chiết rót là chiết rót sản phâm với một độ chính xác cao về lượng sản phẩm trong từng đơn vị đóng gói Điều này đảm bảo tính đồng nhất và chất lượng của sản phâm nhiều hơn so với khi sản phâm được sản xuất bằng tay Với chiết rót thủ công hoặc bán tự động thì chúng ta cần rất nhiều người dù năng suất sản xuất không được cao bằng tự động hoàn toàn như máy chiết

Hình: Dây chuyền chiết rót đóng nắp tự động Điều đơn giản ở máy chiết rót tự động là bạn chỉ cần chuẩn bị nguyên liệu và sau đó tủy thuộc vào nhu cầu của bạn đề cải đặt các thông số và nhấn nút đề bắt đầu quá trinh chiết rót, đóng nắp Mỗi công đoạn đều là một phần của quá trình hình thành một sản phẩm, nên xong giai đoạn chiết rót và đóng nắp thì sẽ đến nhiều công đoạn sau tùy theo nhu cầu của người sử dụng

và hầu như trong quá trình từ đầu đến cuối khi hoàn thành một sản phẩm thì sẽ có 1 đến 2 công nhân giám sát quá trình đến khi hoàn thành sản phẩm

Ngoài ra có thế xử lý nhiều sản phẩm có nguyên liệu khó như là đầu, nhớt xe, mỹ phẩm

và cả dong nap vặn hoặc có thê nắp đóng như bia

1.6 Một số dây chuyền chiết rót, đóng nắp, dán nhãn ở Việt Nam

Ở Việt Nam, có nhiều công ty và hầu hết các nhà sản xuất đã đầu tư, phát triển nhiều dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đán nhãn đo nhu cầu tiêu thụ ngày càng lớn hơn lượng nhu cầu sản xuất, với nhiều công ty xuất hiện cùng với các sản phẩm khác nhau đồng thời việc đó làm cho thị trường cạnh tranh càng thúc đây việc tự động hóa trong quá trình sản xuất và dường như

đó là thứ bắt buộc trong mọi tập đoàn sản xuất

pH S5 Dây chuyền chiết rót nước khoáng chai pet

Hình Một đoạn hệ thống sản xuất Aseptic của Tân Hiệp Phát

1.7 Mục dích nghiên cứu

- Chế tạo thành công mô hình chiết rót bằng mâm xoay

- Sử dụng PLC đề xây dựng chương trình điều khiên mô hình

- Mô hình hoạt động linh hoạt, ôn định với yêu cầu

1.8 Nhiệm vụ nghiền cứu

- Tìm hiểu về hệ thống chiết rót mâm xoay tự động

- Tìm hiểu về PLC Siemens $7-1200

- Tìm hiểu về cách lắp đặt thiết bị tủ điện và cách đấu nối thiết bị

- Nghiên cứu vả thiết kế mạch điều khiến

- Đề xuất được các giải pháp, phương pháp trong quá trình phát triển mô hình chiết rót

- Hoan thanh báo cáo

1.9 Phạm vi giới hạn đề tài

Chua thé mô phỏng hoàn toàn quá trình để sản xuất ra thành phẩm vì đây chỉ là một trong các công đoạn, chỉ là mô hình gần giống với thực tế, chưa áp dụng được nhiều kỹ thuật cũng như về mặt cơ khí quá lớn do chi phí khá cao Tốc độ chưa nhanh

1.9 Kết quả đạt được sau khi hoàn thành

Hệ thống hoạt động ôn định cả hai chế độ tự động vả điều khiên bằng tay, đạt được các mục tiêu đã đề ra là điều khiến tốc độ mâm xoay cùng lúc với chiết rót đủ số nước trong chai Không tràn chai và sai số mỗi chai không quá lớn

Trong một hệ thống tự động hóa tổng hợp, việc kiểm soát toàn bộ quy trình sản xuất đóng vai trò then chốt Tính linh hoạt của quy trình được thế hiện qua sự liên tục, nhịp điệu, tỷ lệ và tính song song của các đòng vận động Dưới góc độ kinh tế, mức độ tự động hóa của một cơ sở sản xuất không nhất thiết phải là tối đa, mà cần được xác định dựa trên các điều kiện cụ thê đề đạt được sự tối ưu, đảm bảo số lượng sản phẩm, chất lượng gia công cao nhất và chí phí thấp

nhất Thuật ngữ "tự động hóa" bắt đầu phô biến từ năm 1947 khi Ford thành lập một bộ phận tự

động hóa Trong giai đoạn nảy, ngành công nghiệp đã nhanh chóng áp dụng các hệ thống điều

khiển phản hồi, vốn đã được giới thiệu từ những năm 1930

Tự động hóa được thực hiện thông qua các phương tiện như cơ khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử và máy tính, thường là sự kết hợp của các phương tiện này Các hệ thống phức tạp như nhà máy hiện đại, máy bay và tàu thuyền thường sử dụng sự kết hợp của tất cả các kỹ thuật này

2.1.3 Khó khăn trong việc ứng dụng hệ thống tự động

Các mối đe dọa về an ninh và đễ bị tổn thương: Hệ thống tự động thường chỉ có một mức

độ trí thông minh nhất định, nên đễ bị mắc lỗi khi phải đối mặt với các tỉnh huống nam ngoai phạm vi kiến thức và khả năng xử lý của nó Điều này có thê dẫn đến các vấn đề về an ninh, khi các lỗ hồng trong hệ thống có thể bị khai thác bởi những tác nhân độc hại Hơn nữa, do sự phức tạp của các hệ thống tự động, việc xác định vả khắc phục các lỗi nảy cũng trở nên khó khăn vả tốn kém hơn

Chi phí phát triển không thể đoán trước và có thê vượt quá mức dự tính: Nghiên cứu và phát

triển các hệ thống tự động thường đòi hỏi chỉ phí rất lớn, và trong nhiều trường hợp, chi phi nay

có thê vượt xa ngân sách ban đầu đã được dự trù Điều nảy là do tính phức tạp và sự không chắc

chăn trong quá trình phát triển, bao gồm việc phải đối mặt với các thách thức kỹ thuật không lường trước, điều chỉnh các thiết kế đề đáp ứng các yêu cầu mới, và thử nghiệm các công nghệ mới Do đó, chỉ phi phát triển tự động hóa có thê trở nên rất lớn, làm tăng tông chỉ phí của dự

án

Chi phí ban đầu cao: Đề tự động hóa một sản phẩm mới, cần phải đầu tư một khoản chi phí ban đầu rất lớn Chí phí này bao gồm việc mua sắm thiết bị tự động hóa, phát triển phần mềm điều khiến, đào tạo nhân viên, và thiết lập các quy trình mới Mặc dù chi phí này có thể được phân bồ và trải đều qua nhiều sản phẩm và một khoảng thời gian dài, nó vẫn là một khoản đầu tư ban đầu rất lớn Điều này có thể gây khó khăn cho các doanh nghiệp nhỏ hoặc các dự án có nguồn ngân sách hạn chế Tuy nhiên, khi hệ thống tự động hóa đã được thiết lập và vận hành hiệu quả, nó có thê giúp giảm chỉ phí sản xuất trong dai han và cải thiện năng suất, bù đắp cho khoản đầu tư ban đầu

2.2 Các thiết bị đang sử dụng trên thị trường

Thiết bị này phải phụ thuộc vào sức lao động của con người là chủ yếu

*Ưu điểm và nhược điểm:

- Ưu điểm:

+ Dễ làm, đơn giản, an toàn cho môi trường và con người

+ Ít tốn kém chỉ phí

- Nhược điểm:

+ Tốn rất nhiều thời gian và công sức

+ Sản phẩm không chính xác hoàn toàn

—=

Hình:

2.2.2 Thiết bị bán tự động

Máy chiết rót bán tự động là một thiết bị quan trọng trong các ngành công nghiệp như đồ uống, thực phẩm, dược phẩm và hóa mỹ phẩm Được tích hợp với bộ điều khiến và các công nghệ tiên tiến, máy chiết rót tự động không chỉ giúp tăng năng suất mà còn cải thiện độ chính xác và đồng nhất trong quá trình sản xuất Điều này đảm bảo rằng các sản phẩm như nước uống đóng chai, rượu, nước hoa quả, dầu gội và sữa tắm được đóng gói một cách nhanh chóng và hiệu quả, đáp ứng các tiêu chuân chất lượng cao của thị trường

2.2.3 Thiết bị tự động

Máy chiết rót tự động hoạt động dựa trên nguyên lý đơn giản: lượng chất lỏng chảy qua một đường dẫn sẽ luôn duy trì một lượng nhất định trong một khoảng thời gian cố định và với áp suất không thay đổi Toàn bộ quá trình điều khiên được thực hiện thông qua bộ đếm thời gian va lập trình điều khiến tự động bằng PLC (Programmable Logie Controller) Các van chiết rót được điều khiên bằng khí nén để đảm bảo đóng mở chính xác, trong khi hệ thống van tiết lưu điều chỉnh dòng chảy và én định tốc độ chảy của chất lỏng Đặc biệt, tốc độ chiết rót có thể điều

chỉnh linh hoạt theo yêu cầu cụ thẻ

* Phương pháp này được hoạt động chủ yếu bằng máy móc tự động

* Ưu điểm và nhược điểm:

- Ưu điểm:

+ Nâng cao tốc độ sản xuất

+ Đảm bảo độ chính xác, định lượng đồng đều

+ Tính linh hoạt khi thay đơi yêu cầu đĩng chai

+ Dễ dàng điều khiến, vận hành

+ Nâng cấp đễ dàng đáp ứng nhu cầu sản xuất

+ Nâng cao sức cạnh tranh

PLC (Programmable Logic Controller) dich sat nghia la thiét bi diéu khién lap

trình giúp chúng ta cĩ thê thực hiện các thuật tốn điều khiến logic thơng qua

một ngơn ngữ lập trình (Ladder hoặc State lòic) một cách linh hoạt

Người sử dụng PLC cĩthế lập trình nĩđề thực hiện hàng loạt trình tự các quá

trinh (sự kiện), các quá trình này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào)

tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động cĩthời gian trễ Một khi quá trình

được kích hoạt, PLC sẽ bật ON hoặc OFE thiết bị điều khiển bên ngoài

PLC thích hợp nhất cho điều khiến logic (thay thế các rơle), song cũng có chức

năng điều chỉnh (như PID, mờ, ) vàcác chức năng tính toán khác Lúc đầu, PLC chủ

yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các qu átr ầnh

rời rạc Irong các hệ SCADA, PLC phát huy được nhiều ưu điểm vàthế mạnh

1.1.2 Cau tao cia PLC

Programming device

H2nh 2 9 Cau tao co bản của PLC

Khối xử lý(CPU)

Để đáp ứng được yêu cầu đã nêu thì PLC cần phải có CPU như một máy

tánh thực thụ CPU được xem là bộ não của PLC, nó quyết định tốc độ xử lý cũng

như khả năng điều khiển chuyên biệt của PLC

CPU lànơi đọc tấn hiệu ngõvào từ khối vào, xử lývàxuất tấn hiệu tới khối

ra CPU còn chứa các khối chứa năng phổ biến như Counter, Timer, lệnh toán học,

chuyên đổi dữ liệu và các hàm chuyên dụng

Khối ngdvao (Module Input)

Có hai loại ngõ vào là ngõ vào số DI (Digital Input) và ngõ vào tương tự AI

(Analog Input)

Ngõvào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tấn hiệu dạng nhị phân như: công tắc,

nút nhân, công tắc hành trình, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận

Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục như: các loại cảm

biến nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, độ âm Khi kết nối cần chú ý đến sự tương

thích giữa tín hiệu ngõ ra cảm biến với tín hiệu vào mà module AI có thể đọc được

Mỗi module AI sẽ có khả năng đọc tín hiệu tương tự khác nhau: đọc dòng điện,

điện áp, tổng trở Một thông số quan trọng khác của các module AI là độ phân giải,

thông số này cho biết độ chính xác khi thực hiện chuyển đổi ADC

Khối ngõra (Module Output)

Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO (Digital Output) và ngõ ra tương tự AO

(Analog Output)

Ngõ ra DO kết néi voi cdc co cau chap hanh diéu khién theo quy tac On/Off

như: đèn báo, chuông, van điện, động cơ không điều khiến tốc độ

Ngõ ra AO kết nối với các cơ cầu chấp hành cần tín hiệu điều khiến liên tục:

biến tan, van tuyến tính

2.2.3 Đặc điểm vàvai tròcủa PLC

2.2.3.1 Đặc điểm

Ưu điểm

Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt Khi cần thay đôi yêu cầu, đối

tượng điều khiên chỉ cần thay đổi chương trình thông qua việc lập trầnh

Số lượng Timer, Counter, Relay trung gian rất lớn PLC còn hỗ trợ nhiều khối

hàm cóchức năng chuyên dụng: phát xung tốc độ cao, bộ đếm tốc độ cao, bộ điều

khién PID

Tiết kiệm thời gian nối dây, mạch điều khiển lúc này đã được thay thế hoàn

toàn bằng chương trình PLC

Cấu trúc dạng Module giúp PLC có tính năng mềm dẻo, không bị cứng hóa về

phần cứng Người ding dễ dàng lựa chọn những module nảo cần thiết với yêu cầu

điều khiến hiện tại giúp tiết kiệm chi phí Cấu trúc dạng module của PLC giúp việc

mở rộng quy môđiều khiến đơn giản, tiết kiệm, không cần phải trang bị CPU mới Tuy

nhiên khi mở rộng cần chúýtới khả năng kết nối tối đa của CPU

Khả năng truyền thông, nối mạng với máy tính hay với PLC khác Khả

năngnày đáp ứng yêu câu điều khiến, giám sát từ xa, xây dựng hệ thống SCADA

Hoạt động với độ tin cậy cao, chống nhiễu tốt trong môi trường công nghiệp

Nhược điểm

Phạm vi ứng dụng hạn chế do giácao nên không đáp ứng các yêu cầu điều

khiển đơn giản Với những yêu cầu này thìbộ điều khiễn tiếp điểm sẽ hiệu quả

kinh tế hơn

Yêu cầu người lắp đặt ban đầu, lập tr ầnh phải cóhiêu biết chuyên môn về PLC

2.2.3.2 Vai trò

Với những ưu nhược điểm như đã nêu trên, PLC thê hiện ưu điểm vượt trội và hiện nay đã thay thế hệ thông điều khiến tiếp điểm truyền thống trong các nhà máy, dây chuyền công nghệ Việc thay thế này giúp hệ thống hoạt động tin cậy vàhiệu quả hơn, tiết kiệm nhân công và tránh những thao tác sai của người vận hành

1.2 GIỚI THIỆU VỀ PLC 57 - 1200

1.2.1 Khái niệm chung về PLC S7 — 1200

HZnh 2 10 PLC S7 - 1200

Năm 2009, Siemens ra đòng sản phẩm S7-1200 dùng đề thay thế dần cho S7-

200 So với S7-200 thìS7-1200 cónhững tính năng nổi trội sau:

S7-1200 làmột dòng của bộ điều khiển logie lập trình (PLC) cóthê kiểm

soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chí phíthấp, vàmột tập lệnh mạnh

làm cho chúng ta cónhững giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-

® Tinh nang “know-how protection” dé bao vé cac block dac biét cla minh

S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuân Ethernet vàTCP/IP

Ngoài ra bạn cóthê dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc

RS232

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 làStep7 Basic Step7 Basic hỗ trợ

ba ngôn ngữ lập trình làFBD, LAD vàSCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal cua Siemens

2.3.2 Các thành phan chanh cua PLC S7 — 1200

e_ bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng

® mạch tương tự vàsô mở rộng điều khiên mô-đun trực tiếp trên CPU làm giảm chỉ phísản phẩm

e 13 module tấn hiệu số và tương tự khác nhau

e2 module giao tiếp RS232/RS485 đề giao tiếp thông qua kết nối PTP

¢ Bồ sung 4 công Ethernet

* Module nguồn PS 1207 ôn định, đòng điện áp 115/230 VAC và điện áp

24 VDC

Power connector Removable user wiring connectors (behind the doors)

Status LEDs for the on-board I/O PROFINET connector (on the bottom

H?nh 2 11 Cấu tạo của bộ điều khiển CPU Š7 - 1200

Cac module CPU khác nhau cóh nh dạng, chức năng, tốc độ xử lý, bộ nhớ chương trình khác nhau

2.3.3 Các dòng chãnh của CPU S7 — 1200

57 — 1200 có 5 dòng làCPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C

Bảng 2 ] Đặc tứnh kỹ thuật của PLC S7 - 1200

User memory

Local on-board WO | Digital 14 inputer

Process image size

Signal board (SB), Battery board

Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông

số và quy định của nhàsản xuất

937-1200 cécac loai module mo réng sau: Communication module (CP), Signal board (SB), Signal Module (SM)

Dac t Znh cua module mo réng nh sau:

Module Input only Output only Cc binati in/out

Signal module Digital 8x DC In 8 x DC Out 8 x DC In/8 x DC Out

(SM) 8 x Relay Out 8 x DC In/8 x Relay Out

16 x DC In 16 x DC Out 16 x DC In/16 x DC Out

16 x Relay Out 16 x DC In/16 x Relay Out Analog 4 x Analog In 2 x Analog Out 4 x Analog In/2 x Analog Out

8 x Analog In 4x Analog Out Signal board Digital - - 2 xDC In/2 x DC Out

(SB) Analog - 1 x Analog Out -

2.3.5 Các tính năng nỗi bật của PLC S7 — 1200

Công truyền thông Profñnet (Ethernet) được tích hợpsẵn:

Dùng để kết nỗi máy tính, với màn hầnh HMI hay truyền thông PLC-PLC Kết nối với các thiết bị khác cóhỗ trợ chuẩn Ethernet mở

Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyên đôi đấu chéo

Tốc độ truyền 10/100 Mbits/s

Hễ trợ I6 kết nối Ethernet

TCP/IP, ISO on TCP, vaS7 protocol

Các tính năng về đo lường, điều khién vi tri, diéu khién qu dtr inh:

6 bộ đếm tốc dé cao (high speed counter) ding cho cac img dụng đếm

và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và3 bộ đếm 30kHz

ngõra PTO I00kHz đề điều khiến tốc độ vavi trí động cơ bước hay bộ lai servo (servo drive)

Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiến tốc độ động cơ, vị trívalve, hay

điều khiển nhiệt độ

16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điều

khién (auto-tune functionality)

Thiét ké linh hoat:

Mỡ rộng t Ấn hiệu vào/ra bằng board t Ấn hiệu mé réng (signal board),

ăn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng t ấn hiệu vào/ra mà không

thay đối kích thước hệ điều khiển

Mỗi CPU cóthê kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra Neg6vao analog 0-10V được tích hợp trên CPU

module truyền thông cóthê kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, vd module RS232 hay RS485

Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay cập nhật firmware chuẩn đoán lỗi online/offline

1.3 TONG QUAN VE CAC PHAN MEM HG TRO

2.4.1 TIA portal V13

TIA Portal — phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phân mềm lập trầnh cho

các hệ thống tự động hóa vàtruyền động điện Phần mềm lập trầ nh mới này giúp mọi

người

sử dụng phát triển, tách hợp các hệ thông tự động hóa một cách nhanh chóng,

do đó giảm nhiều thời gian trong việc tích hợp, xây đựng tất cả các bộ điều khiến PLC, màn hầnh HMI, các bộ truyền déng cua Siemens déu duoc lập tr3 nh, cầu h anh trên TIA portal Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này Víđụ người sử dụng có thể sử dụng tính năng “kéo

và thả” một biến trong chương trình điều khiến PLC vàmột màn hầnh của chương trình HMI Biến này sẽ được gán vào chương trình HMII và sự kế nối giữa PLC - HMI

đã được tự động thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hầnh nao thêm

Phần mềm mới Simatic Step 7 V13 tách hợp trên TIA Portal, để lập tr8nh cho Š7-1500, Š7-1200, 57-300 vàhệ thống tu dong PC-based Simatic WinAC Simatic Step 7 V13 duoc chia thanh cac module khac nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng Simatic Step 7 VI3 cũng hỗ trợ tính năng chuyên đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang phương trinh moi trén TIA Portal

Phần mềm mới Simatic WinCC V13, cũng được t ách hop trén TIA Portal, dùng để làm cấu hầnh cho các màn h ình TP vàMP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng như để giám sát điều khiến hệ thống trên máy tí nh (SCADA)

TR Siemens - CATIA 13VDATNTEST7IEST7

2.4.2 WinCC professional

Phần mềm WinCC của Siemens làmột phần mềm chuyên dụng đề xây dựng giao điện điều khiến HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lývà lưu đữ liệu trong một hệ thông SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa

WinCC làchữ viết tắt của Windowns Control Center (Trung tâm điều khiến chạy trên nền Windows), nói cách khác nócung cấp các công cụ phần mềm đề thiết lập một giao diện điều khiển chạy trên các hệ điều hành của Microsoft như Windowns NT hay Windowns 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1)

Phần mềm giao diện người máy với Simatic WinCC VI3 bao gồm các phiên bản khác nhau:

¥ WinCC Basic lap trinh cho Basic Panels

¥ WinCC Comfort lap trainh cho tất cả các dòng Simatic Panels

¥ WinCC Advanced kết hợp WinCC Runtime Advanced hỗ trợ giám sát các hệ thống chạy trên nền máy t anh cap thiết bị như các Panel

2012-10-29 'Visualizatlon wñh WisCC V12 HAAS S SUP FA k

Hữnh 2 13 Cac loai Wincc 1.4 TGNG QUAN VE ĐỘNG CO SERVO