Đề tài này nhằm mục đích tìm hiểu và áp dụng các nguyên lý của tự động hóa vào quá trình chiết rót và đóng nắp chai trong ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, thiết kế và làm mô hình
TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY SẢN XUẤT COCA-COLA VIỆT
Tổng quan về nhà máy sản xuất Coca-Cola Việt Nam
Hình 1.1 Nhà máy sản xuất COCA-COLA
Nhà máy sản xuất nước đóng chai Coca-Cola tại Việt Nam là một trong những cơ sở sản xuất quan trọng của tập đoàn Coca-Cola trên toàn cầu Đặt trụ sở tại Hà Nội, Việt Nam, nhà máy này là một phần không thể thiếu trong mạng lưới sản xuất và phân phối của Coca-Cola tại khu vực Đông Nam Á
Với sứ mệnh cung cấp nước giải khát chất lượng cao và đa dạng cho người tiêu dùng, nhà máy này được trang bị các công nghệ sản xuất tiên tiến và quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt Tính đến năm 2022, nhà máy đã không ngừng nâng cấp và đầu tư vào các thiết bị, công nghệ mới nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường
Nhà máy Coca-Cola tại Việt Nam không chỉ là nơi sản xuất nước uống, mà còn là một nguồn lực quan trọng cho cộng đồng và môi trường Tập đoàn Coca-Cola đã cam kết thực hiện các hoạt động xã hội, bảo vệ môi trường và thúc đẩy phát triển bền vững trong quá trình sản xuất
Bằng việc kết hợp giữa chất lượng sản phẩm, cam kết đối với cộng đồng và công nghệ sản xuất hiện đại, nhà máy sản xuất nước đóng chai Coca-Cola tại Việt
Coca-Cola đã và đang đóng góp đáng kể vào sự phát triển của ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống tại Việt Nam Một ví dụ điển hình là nhà máy Coca-Cola tại Việt Nam, được minh họa trong Hình 1.1 Sự hiện diện của các tập đoàn đa quốc gia như Coca-Cola đã tạo ra nhiều cơ hội việc làm, thúc đẩy sự phát triển kinh tế và nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân địa phương.
1.1.2 Các bộ phận làm việc trong nhà máy sản xuất Coca-Cola Việt Nam
Nhà máy sản xuất nước uống Coca-Cola tại Việt Nam được vận hành bởi nhiều phòng ban làm việc chặt chẽ với nhau để đảm bảo sản xuất và quản lý suôn sẻ Mỗi phòng ban đóng vai trò thiết yếu trong quy trình, bao gồm sản xuất, quản lý chất lượng, bảo trì, hậu cần và hành chính Sự phối hợp hiệu quả giữa các bộ phận này giúp nhà máy đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng nghiêm ngặt, tối đa hóa hiệu quả sản xuất và duy trì hoạt động an toàn, bền vững.
- Bộ phận sản xuất: Đây là bộ phận chịu trách nhiệm cho quá trình sản xuất nước uống từ việc chuẩn bị nguyên liệu, chiết rót, đóng chai, đóng gói cho đến kiểm tra chất lượng sản phẩm
- Bộ phận kỹ thuật: Bộ phận này đảm nhận việc bảo trì, sửa chữa và duy trì hoạt động của các thiết bị, máy móc trong nhà máy để đảm bảo sự ổn định và hiệu suất sản xuất
Bộ phận quản lý chất lượng giữ vai trò then chốt trong việc đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng và an toàn thực phẩm Họ chịu trách nhiệm kiểm tra nguyên liệu đầu vào để đảm bảo tuân thủ các thông số kỹ thuật Trong quá trình sản xuất, họ giám sát chặt chẽ từng công đoạn để phòng ngừa bất kỳ sai lệch nào Cuối cùng, sản phẩm hoàn chỉnh được kiểm tra toàn diện trước khi xuất xưởng để đảm bảo đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng và an toàn đã định.
- Bộ phận tài chính và quản lý: Bộ phận này quản lý các hoạt động tài chính của nhà máy, bao gồm quản lý ngân sách, thanh toán nhà cung cấp, quản lý nhân sự và các hoạt động liên quan đến quản lý nhân sự
- Bộ phận marketing và bán hàng: Chịu trách nhiệm cho việc phân phối sản phẩm, xây dựng thương hiệu và chiến lược tiếp thị để đảm bảo sản phẩm của Coca- Cola tiếp cận được với người tiêu dùng một cách hiệu quả
- Bộ phận nghiên cứu và phát triển đảm nhận trọng trách tìm tòi, nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới, đồng thời cải tiến quy trình sản xuất và ứng dụng những công nghệ tiến tiến nhất Mục tiêu tối thượng của bộ phận này là tối ưu hóa hoạt động sản xuất, cung cấp những sản phẩm tiên tiến và đáp ứng trọn vẹn nhu cầu của thị trường.
Những bộ phận này hoạt động hài hòa với nhau để đảm bảo hoạt động của nhà máy diễn ra một cách hiệu quả và mang lại sản phẩm chất lượng cao cho người tiêu dùng
1.1.3 Các thành phần, bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất
Trong dây chuyền sản xuất Coca-Cola, có một số bộ phận và thành phần cơ bản quan trọng, bao gồm:
Hệ thống chiết rót đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất nước giải khát, đảm nhiệm trách nhiệm bơm rót nước, đường và các thành phần khác vào chai Đây chính là bước khởi đầu không thể thiếu để tạo ra những chai nước giải khát thơm ngon, sảng khoái.
- Hệ thống đóng nắp chai: Sau khi chai được điền đầy với nước và các thành phần khác, hệ thống này sẽ đóng nắp chai một cách tự động để đảm bảo sự kín đáo và an toàn của sản phẩm
- Hệ thống làm mát và lọc: Trong quá trình sản xuất, nước cần phải được làm mát và lọc để đảm bảo chất lượng của sản phẩm cuối cùng
GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200, PHẦN MỀM TIA PORTAL,
Tổng quan về PLC S7-1200
PLC viết tắt của Programmable Logic Controller là thiết bị điều khiển lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thực toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện Các sự kiện này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích tác động vào plc hoặc qua các hoạt động có trễ như thời gian định kỳ hay thời gian được đếm Một khi sự kiện được kích hoạt thật sự, nó bật ON hay OFF các thiết bị điều khiển bên ngoài được gọi là thiết bị vật lý
Một bộ điều khiển lập trình sẽ liên tục lặp trong chương trình do người sử dụng lập ra chờ tín hiệu ở ngõ vào và xuất tín hiệu ở ngõ ra tại các thời điểm đã lập trình Để khắc phục những nhược điểm của bộ điều khiển dùng dây nối, người ta đã chế tao bộ điều khiển plc nhằm thoả mãn các yêu cầu sau:
+ Lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ học
+ Gọn nhẹ, dễ bảo quản, sửa chữa
+ Dung lượng bộ nhớ lớn để có thể chứa được những chương trình phức tạp + Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp
+ Giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như máy tính, nối mạng, các module mở rộng Các thiết kế đầu tiên là nhằm thay cho các phần cứng Relay dây nối và các logic thời gian
Tuy nhiên bên cạnh đó việc đòi hỏi tăng cường dung lượng nhớ và tính dễ dàng cho PLC mà vẫn đảm bảo tốc độ xử lý cũng như giá cả… Chính điều này đã tạo ra sự quan tâm sâu sắc đến việc sử dụng PLC trong công nghiệp, các tập lệnh nhanh chóng đi từ các lệnh logic đơn giản đến các lệnh đếm, định thời, thanh ghi dịch…Sự phát triển các máy tính dẫn đến các bộ PLC có dung lượng lớn, số lượng I/O nhiều hơn Trong PLC phần cứng CPU và chương trình là đơn vị cơ bản cho quá trình điều khiển và xử lý hệ thống, chức năng mà bộ điều khiển cần thực hiện sẽ được xác định bằng một chương trình Chương trình này sẽ được nạp sẵn vào bộ nhớ của PLC, PLC sẽ thực hiện việc điều khiển dựa vào chương trình này Như vậy nếu muốn thay đổi hay mở rộng chức năng của quy trình công nghệ Ta chỉ cần thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ PLC Việc thay đổi hay mở rộng chức năng sẽ được thực hiện một cách dễ dàng mà không cần một sự can thiệp vật lý nào so với các bộ dây nối hay Relay
Hình 2.1 Các sản phẩm của SIEMENS
Trên hình 2.1 là các sản phẩm phổ biến của SIEMENS trong lĩnh vực tự động hóa và công nghiệp trong đó có PLC
2.1.2 Các dòng sản phẩm PLC của SIEMENS
Hình 2.2 Các sản phẩm của Siemens
SIMATIC S7-1500: Tính năng Safety Integrated giúp đảm bảo an toàn, công nghệ CPU hiện đại với khả năng xử lý cao, hỗ trợ kết nối Ethernet và Profinet
SIMATIC S7-1200: Các module mở rộng cho độ mở rộng linh hoạt, dễ dàng cài đặt và lập trình với phần mềm STEP 7 Basic
SIMATIC S7-300: Mô-đun mở rộng cho linh hoạt trong thiết kế, bền bỉ và đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp
SIMATIC S7-200 Smart: Thiết kế nhỏ gọn và linh hoạt, đơn giản trong việc lắp đặt và vận hành.
Cấu hình và điều hành SIMATIC S7-1200
1: Signal Boards 2: Kết nối hệ thống dây dẫn PLC Siemens S7-1200 có thể được mở rộng với các mô-đun signal boards (hình 2.3) để tăng cường khả năng I/O (Input/Output) Các mô-đun signal boards cung cấp thêm các đầu vào và đầu ra kỹ thuật số và analog, giúp linh hoạt hơn trong việc cấu hình hệ thống điều khiển tự động
1: Trạng thái đèn LED của I/O module tín hiệu 2: Bus kết nối
3: Kết nối hệ thống dây PLC Siemens S7-1200 có thể được mở rộng bằng các module tín hiệu (Signal Modules hình 2.4) để tăng số lượng đầu vào/ra (I/O) của hệ thống
1: Trạng thái đèn LED cho các module giao tiếp 2: Truyền thống kết nối
PLC Siemens S7-1200 hỗ trợ nhiều module truyền thông (hình 2.5) để tăng cường khả năng kết nối và trao đổi dữ liệu với các thiết bị khác trong hệ thống tự động hóa
Việc lựa chọn các module truyền thông phù hợp sẽ nâng cao khả năng kết nối và trao đổi dữ liệu của PLC S7-1200, đáp ứng nhu cầu điều khiển và giám sát từ xa trong các ứng dụng công nghiệp.
2.3 Những đặc điểm nổi bật SIMATIC S7-1200
+ Tích hợp cổng truyền thông Profinet (Ethernet) tạo sự dễ dàng trong kết nối
Simatic S7 – 1200 và Simatic HMI Basic cùng được lập trình trên nền tảng TIA Portal V10.5 (Simatic Step 7 Basic, WinCC Basic) hoặc phiên bản cao hơn Việc lập trình được thực hiện theo phương pháp kéo thả, tạo sự thuận tiện cho người dùng, giúp lập trình nhanh chóng, đơn giản và chính xác trong quá trình truyền thông kết nối theo tag.
+ Tích hợp sẵn các đầu vào ra, cùng với các board tín hiệu, khi cần mở rộng ứng dụng với số lượng đầu vào ra ít sẽ tiết kiệm được chi phí, không gian và phần cứng
+ Dễ dàng cho người sử dụng sản phẩm trong việc mua gói thiết bị
2.3.2 Phạm vi ứng dụng của SIMATIC S7 1200
+ S7 – 1200 bao gồm các họ CPU 1211C, 1212C, 1214C Mỗi loại CPU có những tính năng khác nhau, thích hợp cho từng loại ứng dụng
+ Các kiểu cấp nguồn và đầu vào ra có thể là DC/DC/DC hay DC/DC/Rly
+ Đều có khe cắm thẻ nhớ, dùng cho khi mở rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay cập nhật firmware
+ Chẩn đoán lỗi online/offline
+ Một đồng hồ thời gian thực cho các ứng dụng thời gian thực
2.3.3 Các chức năng nổi bật của CPU 1214C
+ Có 6 bộ đếm tốc độ cao HSC dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường
+ Có 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ, động cơ bước hay servo
+ Có ngõ ra PWM điều chế độ rộng xung cho các ứng dụng điều khiển tốc độ động cơ, valve, nhiệt độ
+ Có 16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số cho bộ điều khiển (Auto tuning)
2.3.4 Sơ đồ nối dây PLC CPU 1214C DC/DC/DC
Hình 2.8 Sơ đồ nối dây PLC S7-1200 1214C DC/DC/DC
CPU 1214C của Siemens S7-1200 (hình 2.8) là một bộ điều khiển có hiệu năng cao với khả năng xử lý nhanh, tích hợp nhiều cổng giao tiếp và khả năng mở rộng I/O linh hoạt Model này cung cấp các cổng I/O kỹ thuật số và analog, phù hợp với nhiều ứng dụng trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp.
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC
Tất cả PLC đều có thành phần chính là một bộ nhớ chương trình RAM bên trong, một bộ vi xử lý có cổng giao tiếp dùng cho việc ghép nối với PLC, các module I/O
Một số PLC được tích hợp sẵn đơn vị lập trình bằng tay hoặc bằng máy tính Đơn vị lập trình đơn giản thường chứa đủ RAM để lưu trữ chương trình, trong khi đơn vị lập trình di động sử dụng RAM CMOS có pin dự phòng Khi chương trình đã được kiểm tra và sẵn sàng sử dụng, nó sẽ được truyền sang bộ nhớ PLC Các PLC lớn thường được lập trình trên máy tính để hỗ trợ cho việc viết, đọc và kiểm tra chương trình Đơn vị lập trình kết nối với PLC qua các cổng RS232, RS422, RS458.
2.4.2 Nguyên lý hoạt động của PLC
CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng hay ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấy được phát tới các thiết bị liên kết để thực thi và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đều phụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ
Hệ thống bus là tuyến dùng để truyền tín hiệu, hệ thống gồm nhiều đường tín hiệu song song:
+Address bus: bus địa chỉ dùng để truyền địa chỉ tới các module khác nhau +Data bus:bus dùng để truyền dữ liệu
+Control bus: bus điều khiển dùng để truyền các tín hiệu định thì và điều khiển đồng bộ các hoạt động trong PLC
Hệ thống Bus sẽ làm nhiệm vụ trao đổi thông tin giữa CPU, bộ nhớ và I/O Bên cạnh đó CPU được cung cấp một xung clock có tần số từ 1, 8 Mhz Xung này quyết định tốc độ hoạt động của PLC và cung cấp các yếu tố về định thời, đồng hồ của hệ thống
Có 3 loại đèn báo hoạt động:
• Run/stop: đèn xanh/đèn vàng báo hiệu PLC đang hoạt động/dừng hoạt động
• Maint: đèn báo khi ta buộc (Force) địa chỉ nào đó lên 1 Có 2 loại đèn chỉ thị:
• Ix.x: chỉ trạng thái logic ngõ vào
• Qx.x: chỉ trạng thái logic ngõ ra.
Phần mềm lập trình TIA V15
2.5.1 Giới thiệu phần mềm lập trình TIA V15
TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) là một phần mềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hành điện của hệ thống Có thể hiểu, TIA Portal là phần mềm tự động hóa đầu tiên, có sử dụng chung môi trường nền tảng để thực hiện các tác vụ, điều khiển hệ thống
TIA Portal được phát triển vào năm 1996 bởi các kỹ sư của Siemens, nó cho phép người dùng phát triển và viết các phần mềm quản lý riêng lẻ một cách nhanh chóng, trên 1 nền tảng thống nhất Giải pháp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng biệt để thống nhất tạo hệ thống
TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý, vận hành
- TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác
- Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng
- Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát
- Thực hiện goonline và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống
- Tích hợp mô phỏng hệ thống
- Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens
Tích hợp tất cả các phần mềm trong 1 nền tảng, chia sẻ cơ sở dữ liệu chung dễ dàng quản lý, thống nhất cấu hình Giải pháp vận hành thiết bị nhanh chóng, hiệu quả, tìm kiếm khắc phục sự cố trong thời gian ngắn
Tất cả các yếu tố: bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập trình và cấu hình trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết kiệm thời gian thao tác, thiết lập truyền thông giữa các thiết bị Chỉ với 1 biến số của bộ lập trình PLC được thả vào màn hình HMI, kết nối được thiết lập mà không cần bất ký thao tác lập trình nào
Do tích hợp nhiều phần mềm, cơ sở dữ liệu hệ thống lớn nên dung lượng bộ nhớ khổng lồ Yêu cầu kỹ thuật cao của người lập trình, quản lý, tốn nhiều thời gian để làm quen sử dụng
2.5.2 Kết nối PLC với PC qua giao thức TCP/IP
- Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP
- Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau
Khởi động và nạp chương trình trên TIA PORTAL cho S7 1200
- Bước 1: Kích vào biểu tượng của phần mềm TIA PORTAL trên màn hình máy tính (hình 2.9)
Hình 2.9 Biểu tượng phần mềm lập trình Tia Portal V15
Click mở file “TIA Portal V15” trên Desktop của máy tính:
- Click vào “Create new project” - Project name: Tên của chương trình cần lưu
- Path: Chọn đường dẫn để lưu chương trình - Click vào “Create”:
- Click vào “Add new device”:
- Chọn Click PLC/Simatic S7-1200/CPU/”CPU 1214C DC/DC/DC”/6ES7 212- 1AE40-0XB0
Hình 2.12 Chọn CPU 1214C DC/DC/DC
- Bước 4: Mở giao diện phần mềm Tia Portal (hình 2.13)
Hình 2.13 Giao diện phần mềm TIA Portal
- Lập trình ở chương trình chính OB (hình 2.14)
Hình 2.14 Giao diện lập trình Main[OB]
- Bước 5: Download và connect với PLC thật (hình 2.15)
2.5.3 Cấu hình phần mềm cho PWM, HSC trong TIA PORTAL
• Cấu hình bộ điều chỉnh xung PWM trong TIA PORTAL
Cấu hình bộ điều chỉnh xung PWM (Pulse Width Modulation) trong PLC S7-
1200 là một quy trình quan trọng để điều khiển các thiết bị như động cơ DC, đèn LED, và nhiều thiết bị khác
- Cấu hình bộ tạo xung PWM trong TIA Portal:
Bước 1: Mở cấu hình CPU: Nhấp đúp vào CPU trong cấu hình phần cứng để mở cửa sổ cấu hình chi tiết
Bước 2: Chọn "Technology Objects": Trong phần "Properties" của CPU, tìm và chọn mục "Technology Objects"
Bước 3: Thêm Pulse Generator (PWM): Nhấp vào nút để thêm một bộ tạo xung mới
- Cấu hình chi tiết cho Pulse Generator (hình 2.18):
Name: Đặt tên cho Pulse Generator (ví dụ: "pulse_PWM")
Type: Chọn loại Pulse Generator phù hợp
Cycle time: Đặt thời gian lấy mẫu (ví dụ: 100ms)
Initial pulse duration: Đặt độ rộng xung
Hình 2.16 Cấu hình cho bộ điều chỉnh xung PWM
• Cấu hình bộ đọc tốc độ HSC trong TIA PORTAL
Cấu hình bộ đọc tốc độ HSC (High-Speed Counter) trong PLC S7-1200 là một bước quan trọng để đo và điều khiển tốc độ động cơ hoặc các ứng dụng đếm nhanh khác
- Cấu hình HSC trong TIA Portal
• Mở cấu hình CPU: Nhấp đúp vào CPU trong cấu hình phần cứng để mở cửa sổ cấu hình chi tiết
• Chọn "High-Speed Counters": Trong phần "Properties" của CPU, tìm và chọn mục "High-Speed Counters"
• Thêm HSC: Nhấp vào nút để thêm một bộ đếm HSC mới
• Mode: Chọn chế độ hoạt động cho HSC (ví dụ: đếm tăng, đếm giảm, đếm xung từ encoder, v.v.)
• Primary Channel: Chọn kênh đầu vào chính cho HSC
• Secondary Channel (nếu cần): Chọn kênh đầu vào phụ nếu bạn sử dụng chế độ đếm encoder
• Gate Input: Chọn đầu vào để làm cổng (gate) cho HSC, nếu cần thiết
• Preset Value: Đặt giá trị bắt đầu cho bộ đếm
• Counter Mode: Chọn chế độ đếm (single phase, quadrature, frequency, etc.)
Hình 2.17 Cấu hình cho bộ đọc tốc độ HSC
Phần mềm mô phỏng WINCC
WinCC (Trung tâm điều khiển Windows) là phần mềm được Siemens phát triển để thực hiện giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất Cụ thể hơn, WinCC cho phép thiết kế các giao diện Người và Máy (HMI) trong hệ thống Scada (Giám sát và thu thập dữ liệu điều khiển), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển hoạt động sản xuất WinCC có khả năng trao đổi dữ liệu với PLC từ nhiều nhà sản xuất khác nhau như Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley, Omron thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.
Với WinCC, ta có thể tận dụng nhiều giải pháp khác nhau cho để giải quyết công việc, từ thiết kế cho hệ thống có quy mô nhỏ đến quy mô lớn, hệ thống thực hiện sản xuất – MES (Manufacturing Execution System) WinCC có thể mô phỏng bằng hình ảnh các sự kiện xảy ra trong quá trình điều khiển dưới dạng chuỗi sự kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng phát triển, WinCC cung cấp nhiều hàm chức năng cho mục đích hiển thị, thông báo, ghi báo cáo, xử lý thông tin đo lường, các tham số công thức, và là một trong những chương trình thiết kế giao diện Người và Máy – HMI được tin dùng nhất hiện nay
Dưới hình 2.18 là giao diện chính của phần mềm WINCC để thao tác trên màn hình giám sát
Hình 2.18 Giao diện phần mềm WinCC
+ Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện Người và Máy – HMI và mạng Scada, WinCC sử dụng các chức năng phổ biến sau:
- Graphics Designer: Thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua các đối tượng đồ họa của chương trình WinCC, Windows, I/O, và các thuộc tính hoạt động (Dynamic)
- Alarm Logging: Thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các cảnh báo khi hệ thống vận hành Nhận các thông tin từ các quá trình, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng Alarm Logging còn giúp ta phát hiện ra nguyên nhân của lỗi
- Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và xuất ra dưới nhiều dạng khác nhau từ các quá trình đang thực thi
- Report Designer: Tạo ra các thông báo, kết quả Và các thông báo này được lưu dưới dạng nhật ký sự kiện
- Các Công thức và ứng dụng người dùng: Cho phép người sử dụng lưu trữ dữ liệu từ chương trình ứng dụng đồng thời cũng có thể trao đổi với các thiết bị khác Trong WinCC, các công thức và ứng dụng có thể soạn thảo, lưu trữ và sử dụng trong hệ thống.
Ngoài ra, WinCC còn kết hợp với Visual C++, Visual Basic tạo ra một hệ thống tinh vi và phù hợp cho từng hệ thống tự động hóa chuyên biệt
WinCC có thể tạo một giao diện Người và Máy – HMI dựa trên sự giao tiếp giữa con người với các thiết bị, hệ thống tự động hóa thông qua hình ảnh, số liệu, sơ đồ, Giao diện có thể cho phép người dùng vận hành, theo dõi từ xa và còn có thể cảnh báo, báo động khi có sự cố
WinCC là chương trình thiết kế giao diện Người Máy thực sự cần thiết cho các hệ thống tự động hóa cao và hiện đại.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG
Tổng quan hệ thống chiết rót và đóng nắp chai
Một hệ thống chiết rót và đóng nắp sẽ bao gồm các thành phần sau:
• Cơ cấu máy chiết rót: bơm chất lỏng vào chai
• Cơ cấu cấp nắp: chứa nắp chai và cấp nắp khi chai di chuyển qua cơ cấu
• Cơ cấu siết nắp: siết nắp chai vào cổ chai khi chai di chuyển qua khâu siết nắp
• Cơ cấu chuyển chai: đẩy chai sang vị trí băng tải 2
• Cơ cấu vận chuyển chai và sắp xếp: để vận chuyển chai đến vị trí các cơ cấu của hệ thống và sắp xếp chai vào khay
Phương án thiết kế cho hệ thống:
- Thiết Kế Đơn Giản: Cấu trúc thẳng giúp dễ dàng thiết kế, lắp đặt và bảo trì
- Dễ Mở Rộng: Dễ dàng thêm hoặc bớt các trạm làm việc (chiết rót, đóng nắp) trên cùng một tuyến băng tải
- Phù Hợp Với Không Gian Hẹp: Có thể được lắp đặt trong các không gian hạn chế mà không cần nhiều diện tích cho các vòng xoay lớn
- Tốc Độ Hạn Chế: Tốc độ sản xuất thường thấp hơn so với hệ thống dạng mâm xoay do sự di chuyển tuyến tính của các chai
- Tối Ưu Hóa Khó Khăn: Việc đồng bộ các trạm làm việc trên một tuyến băng tải thẳng có thể gặp khó khăn, đặc biệt khi yêu cầu tốc độ cao
- Tốc Độ Cao: Hệ thống mâm xoay cho phép xử lý số lượng lớn chai nhanh chóng do có thể thực hiện nhiều bước (chiết rót, đóng nắp) cùng lúc trên các trạm xoay
- Đồng Bộ Hoàn Hảo: Mọi trạm làm việc đều được đồng bộ hoàn hảo do tất cả đều xoay cùng một tốc độ
- Chi Phí Cao: Thiết kế phức tạp và yêu cầu cao về cơ khí làm tăng chi phí đầu tư ban đầu
- Yêu Cầu Diện Tích Lớn: Cần nhiều không gian hơn để lắp đặt mâm xoay lớn
- Bảo Trì Phức Tạp: Việc bảo trì và sửa chữa có thể phức tạp hơn do cấu trúc cơ khí phức tạp
• Phương án bán tự động:
- Chi Phí Thấp: Đầu tư ban đầu thấp do sử dụng ít tự động hóa hơn
- Linh Hoạt: Dễ dàng điều chỉnh và chuyển đổi sản xuất cho các loại chai và sản phẩm khác nhau
- Dễ Dàng Vận Hành: Nhân viên có thể dễ dàng điều chỉnh hệ thống theo nhu cầu sản xuất
- Năng Suất Thấp: Tốc độ sản xuất thấp hơn do phụ thuộc nhiều vào thao tác thủ công
- Độ Chính Xác Thấp: Độ chính xác và đồng nhất của sản phẩm có thể bị ảnh hưởng do sự can thiệp thủ công
- Nhân Công: Cần nhiều nhân lực hơn, dẫn đến chi phí vận hành cao hơn
➢ Sau khi xem xét và đánh giá kỹ lưỡng các phương án thiết kế cho hệ thống chiết rót và đóng nắp chai, em quyết định chọn phương án xếp thẳng cho hệ thống này Quyết định này dựa trên các yếu tố thiết kế đơn giản, chi phí hợp lý và khả năng mở rộng linh hoạt Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai theo phương án xếp thẳng không chỉ đáp ứng được nhu cầu sản xuất mà còn tạo tiền đề cho sự phát triển và mở rộng trong tương lai
Hệ thống được thiết kế gồm 2 khu vực chính là khu vực chai vào và khu vực chai ra như bên dưới hình 3.1
Hình 3.1 Tổng quan hệ thống
Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai trong thực tế
- Với hệ thống thật trên thực tế năng suất yêu cầu của hệ thống là 3000 chai/giờ
• Tính tốc độ băng tải:
Tốc độ băng tải = 𝑆ả𝑛 𝑙ượ𝑛𝑔
𝑇ℎờ𝑖 𝑔𝑖𝑎𝑛 x (đường kính chai + khoảng cách các chai)
- Khoảng cách giữa các chai: 0.05 m
➢ Vậy với thống số trên ta chọn băng tải cho hệ thống:
- Chiều rộng băng tải: 200 mm
- Chất liệu băng tải: PVC thực phẩm
• Tính công suất động cơ cho băng tải:
Momen xoắn của động cơ
T=ωP P: Công suất động cơ (W) ω: Tốc độ góc (rad/s)
- N: Tốc độ quay (vòng/phút)
Tốc độ mong muốn của động cơ N = 1500 vòng/phút: Ω = 2𝜋×1500
60 7 (rad/s) Nếu công suất động cơ P = 746 W (1 HP):
➢ Chọn động cơ cho băng tải của hệ thống:
- Model: Siemens Simotics GP General Purpose Motor
- Tốc độ quay: 1500 vòng/phút
0.7 = 17.53 (W) Để đảm bảo hệ thống được chạy ổn định thì ta cần chọn công suất bơm cao hơn so với công suất tính toán
- ρ: Khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m³)
➢ Chọn bơm cho hệ thống:
Số lượng đầu chiết rót = Sản lượng
Thời gian chiết rót mỗi chai = 3000
Vậy số lượng đầu chiết rót của hệ thống là 4 vòi
• Chọn động cơ đóng nắp chai:
Công suất động cơ máy đóng nắp chai
P=T×ω Giả sử mô-men xoắn T = 2.38(Nm) và tốc độ quay mong muốn là N = 1500 vòng/phút: Ω = 2π×1500
➢ Chọn động cơ máy đóng nắp cho hệ thống:
- Công suất động cơ: 0.5 HP (373 W)
- Tốc độ quay: 1500 vòng/phút
Sơ đồ khối của hệ thống
Sơ đồ gồm 4 khối chính: Khối nguồn, khối cảm biến, khối nút nhấn, khối chấp hành, khối điều khiển trung tâm (Hình 3.2)
- Khối nguồn: Nguồn 220V cung cấp cho bộ nguồn tổ ong để chuyển đổi thành nguồn DC 24V Nguồn tổ ong sẽ cung cấp tải cho các thiết bị như: Nút nhấn, van điện từ xi lanh, cảm biến, động cơ…
- Khối nút nhấn: Gồm 3 nút nhấn (Start, Stop, công tắc gạt chuyển chế độ)
- Khối cảm biến: Gồm cảm biến vật cản được sử dụng để xác định vị trí của sản phẩm, cảm biến chuyển động Encoder
- Khối điều khiển trung tâm: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
- Khối trung gian: Rơ le trung gian, mạch PWM
- Khối chấp hành: Các thiết bị mà ta cần phải điều khiển gồm có van điện từ và động cơ: băng tải, siết nắp Chúng thực hiện các lệnh mà bộ điều khiển trung tâm yêu cầu
- Khối điều khiển giám sát: Mô hình sẽ được điều khiển và giám sát quá trình hoạt động thông qua WinCC.
Lựa chọn thiết cho mô hình hệ thống
Với thiết kế của một hệ thống chiết rót và đóng nắp trên thực tế, em quyết định chọn thực hiện một mô hình chiết rót, đóng nắp với năng suất là 150 chai/1 giờ thể hiện được đầy đủ hoạt động của các cơ cấu trên hệ thống thực tế
3.4.1 Chọn khối điều khiển trung tâm
• Sử dụng khối điều khiển trung tâm PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC (hình 3.3)
Hình 3.3 PLC S7 1200 CPU 1214C DC/DC/DC
Bảng 3.1 Thông số PLC S7 1200 CPU 1214C DC/DC/DC
Bộ nhớ làm việc 100kB
Bộ nhớ giữ lại 4kB
Kiểu số 14 ngõ vào/10 ngõ ra
Kiểu tương tự 2 ngõ vào
Kích thước ảnh tiến trình 1024 ngõ vào/1024 ngõ ra
Bộ nhớ bit M 8192 Byte Độ mở rộng các module tín hiệu 2
Các module truyền thông 3 module mở rộng về bên trái
Bộ đếm tốc độ cao 6 Đơn pha 5 tại 100kHZ 1 tại 20kHZ
Thẻ nhớ Thẻ nhớ Simatic tùy chọn
Thời gian lưu trữ đồng hồ thời gian thực 10 ngày
Tốc độ tính toán thực 18 ms/lệnh
Tốc độ thực thi boolean 0.1 ms/lệnh
Ta có năng suất là 150 chai/giờ với chai có đường kính 6cm
Băng tải đưa chai vào được thiết kế với các cơ cấu được bố trí đều nhau với khoảng cách 100mm Để đảm bảo khoảng cách cho các cơ cấu này, băng tải phải có chiều dài tối thiểu là 500mm Năng suất hệ thống yêu cầu thời gian hoàn thành cho mỗi chai không quá 24 giây Do đó, băng tải được lựa chọn phải có kích thước vừa phải, không quá dài để đáp ứng yêu cầu năng suất đề ra.
Vậy kích thước băng tải được chọn:
Lang can giữ chai: Dựa theo yêu cầu của đề bài và kích thước của băng tải có chiều dài 600mm
- Chọn thanh dẫn hướng có kích thước dài 600mm
- Vật liệu nhôm không gỉ có độ dày 10mm
Khung băng tải: Dựa vào yêu cầu của đề bài với năng suất 150 chai/giờ, do đó khung băng tải phải được cấu tạo từ vật liệu cứng như nhôm, sắt, thép
• Phương án 1: Chọn khung làm từ sắt Ưu điểm: Giá thành thấp hơn so với nhôm định hình, chống trầy
Nhược điểm: Dễ bị oxi hóa, dễ móp méo, khó bảo quản
• Phương án 2: Chọn khung làm từ nhôm định hình Ưu điểm: Tính thẩm mỹ cao, dễ tháo lắp, nhẹ dễ vận chuyển, chống trầy, chịu lực tốt và độ bền cao
Nhược điểm: giá thành cao, dễ bị cong vẹo khi chịu tác động lớn
=> Chọn khung băng tải theo phương án 2 là nhôm định hình
- Chọn khung băng tải bằng vật liệu nhôm định hình 20x20
Chân băng tải: Giữ băng tải đứng im trên mặt bàn Chọn 4 chân có kích thước chiều cao 80mm, chiều rộng 30mm, vật liệu thép
Mặt băng tải: Để giữ thăng bằng các chai được ổn định trên bề mặt của băng tải, nên phương án làm mặt băng tải bằng băng tải dạng lăn không khả thi Nên vì thế em chọn băng tải dạng thảm cho hệ thống
- Khả năng kháng hóa chất tốt Chịu được nước và chống hơi nước tốt
- Dây băng tải PVC có khả năng chống phóng xạ, chống cháy và chống tĩnh điện tốt
- Hoạt động trong nhiều nghành nghề khác nhau, môi trường khắc nghiệt, khí hậu ẩm ướt và nhiệt độ thấp
- Có khả năng chống dầu mỡ, dung môi, chống mài mòn tốt
- Chống rách, co dãn, bong tróc
Ta có đường kính chai là 60mm, chai phải đứng yên trên băng tải khi hoạt động
Do đó cần phải có bề mặt nhám và có kích thước đủ lớn để truyền chai (60mm)
Vì thế, chọn bề mặt băng tải có:
- Vật liệu là nhựa PVC
Hình 3.4 Mô hình băng tải
• Động cơ quay băng tải: Để đảm bảo độ bền và hiệu quả của động cơ cho mô hình, nên chọn động cơ có công suất cao hơn một chút so với công suất yêu cầu Vì vậy, chọn động cơ có công suất khoảng 5W đến 10W
Các thông số cần kiểm tra bao gồm:
• Tốc độ: 65 vòng/phút hoặc khả năng điều chỉnh để đạt tốc độ này
Sau khi tính toán em đã quyết định chọn động cơ giảm tốc 24V 100RPM GB37 (hình 3.5) Trục D 6mm 180g nhông full kim loại với công suất 7W và momen xoắn 0.5886 N.m
Hình 3.5 Động cơ giảm tốc 24V 100RPM GB37
Khái niệm: Động cơ một chiều DC (DC là từ viết tắt của "Direct Current Motors") là động cơ điều khiển bằng dòng có hướng xác định hay nói dễ hiểu hơn thì đây là loại động cơ chạy bằng nguồn điện áp DC - điện áp 1 chiều (khác với điện áp AC xoay chiều) Đầu dây ra của động cơ thường gồm hai dây (dây nguồn - VCC và dây tiếp đất - GND) DC motor là một động cơ một chiều với cơ năng quay liên tục Động cơ hoạt động với dòng điện một chiều 24V Được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực Điều khiển dễ dàng khi ta chỉ cần cấp nguồn cho động cơ Với giá thành rẻ nhưng lợi ích nó mang lại thì rất nhiều
Dựa vào nhiệm vụ yêu cầu của đề tài, chiết rót một chai và siết một lần một chai
Thời gian siết nắp phải đảm bảo cho nắp được vặn chặt trên chai
- Ta có số vòng răng của chai 4 vòng
- Chọn động cơ được chọn cần tốc độ quay tối thiểu 10 vòng/giây tương đương
+ Thời gian siết 1 chai là 3s
+ Thời gian ổn định chai nước và hạ động cơ siết là 1s
+ Thời gian nâng động cơ siết là 1s
=> Thời gian hoàn thành siết 1 chai là 5s Đồng thời cơ cấu cấp nắp cần phải có tốc độ vừa phải để xoay nắp để tránh các trường hợp chai văn khỏi băng tải khi tốc độ xoay quá lớn nên vì thế chọn động cơ một chiều giảm tốc sử dụng trong mô hình
Do đó động cơ được chọn động cơ DC JGB37-545 24VDC 600RPM( hình 3.6) Với những thông số kỹ thuật:
- Tốc độ chạy tự do ở (24V): 600 vòng/phút
- Dòng điện chạy tự do ở (24V): 200mA
- Tốc độ định mức ở (24V): 460 vòng/phút
- Mô-men xoắn dừng ở 24 V: 8 kg.cm
Hình 3.6 Động cơ DC JGB37-545 24VDC 600RPM
• Động cơ quay băng tải đưa chai vào:
Để đảm bảo sự ổn định của chai khi di chuyển qua các cấu trúc trên dây chuyền vận chuyển, cần cân nhắc lựa chọn động cơ quay băng tải cấp liệu (băng tải đưa chai vào) có tốc độ chậm Điều này giúp tránh tình trạng chai bị ngã trong quá trình vận chuyển trên băng tải.
- Vì vậy, em quyết định chọn động cơ 24VDC với công suất 5W có giảm tốc với tốc độ là 20 vòng/phút Động cơ được chọn bên dưới hình 3.7
Hình 3.7 Động cơ giảm tốc 37 XGB 385SAP 300 5-24V 4-20V/P
- Điện áp định mức: DC24V
- Điện áp phù hợp: 5V-24V (4rpm - 20rpm)
+ Chiều dài động cơ: 66mm
+ Chiều rộng đầu hộp giảm tốc: 37mm
+ Khoảng cách lỗ bắt vít: 31mm
Chức năng của động cơ được sử dụng trong mô hình: Dùng để kéo băng tải hoạt động vận chuyển chai đi qua các cơ cấu của mô hình
Với những thông số sau:
- Loại: Máy bơm nước 395 (hình 3.8)
- Điện áp áp dụng: DC 7.4 - 24V
- Điện áp định mức: DC 24V
- Ống thích ứng: ống 6 * 8mm Trọng lượng: 140g
Ta có: 96 lít/giờ tương đương 1,6 lít/phút, để mất 6 giây bơm đủ 150ml/ 1 chai thì trong 1 phút được được liên tục 10 chai sẽ là 1,5 lít Nên trong một giờ ta sẽ tốn 90 lít cho số chai bơm được(chỉ tính thời gian bơm, chưa tính thời gian siết nắp và đưa chai ra) Với năng suất của bơm là 96 lít /Giờ thì thỏa mãn yêu cầu
=> Đầy 1 chai mất 6 giây Ta có: Thời gian thực để bơm nước vào đầy chai 6 giây
- Thời gian đóng nắp và đưa chai ra là 14 giây Vậy để hoàn thành 1 chai mất khoảng 20 giây
Suy ra trong một giờ sẽ được 180 chai
=> Bơm được 180 chai/giờ (thỏa mãn điều kiện 150 chai/giờ)
Bộ nguồn 1 chiều 24VDC được dùng để cấp nguồn hoạt động cho các khối tín hiệu vào/ra, khối xử lý trung tâm PLC, khối cơ cấu chấp hành Động cơ một chiều có mômen mở máy lớn, điều chỉnh trơn được tốc độ và rất đa dạng trong việc lựa chọn công suất
Nguồn ổn áp một chiều là một điện biến dòng điện xoay chiều tần số 50Hz thành dòng điện một chiều có điện áp tùy ý dựa vào yêu cầu của phụ tải Điện áp đầu ra có thể giữa cố định trong một khoảng điện áp nào đó nhờ vào tín hiệu xung điều khiển Transistor Mạch ổn áp gồm 4 phần chính sau:
+ Biến áp: Biến đổi điện áp từ lưới điện 220V tần số 150Hz thành điện áp thấp (6V, 9V, 12V, 24V ) phù hợp với đầu vào của bộ chỉnh lưu bán dẫn
+ Chỉnh lưu: Là bộ biến đổi điện áp xoay chiều ở đầu vào thành điện áp một chiều ở đầu ra ở độ nhấp nhô phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu
+ Bộ lọc: Là bộ lọc bớt thành phần sóng hài bậc cao của điện áp chỉnh lưu nhằm san phẳng điện áp chỉnh lưu
+ Mạch ổn áp: Là mạch để duy trì điện áp tải ở một khoảng nhất định phụ tải
Bảng 3.2 Thông số bộ nguồn 24VDC
Biến áp Mạch chỉnh lưu
Mạch lọc Mạch ổn áp thay đổi đột ngột
* Sơ đồ tổng quát của mạch cấp nguồn hình 3.9
Yêu cầu của mô hình với các đầu vào PLC và cảm biến sử dụng điệp áp 24V -
DC nên ta chọn bộ nguồn AC - DC có đầu ra ở mức phù hợp để cấp cho các thiết bị trong mô hình
Trong mô hình em lựa chọn cảm biến quang loại 3 dây để phát hiện vật thể vì những ưu điểm sau:
- Phát hiện vật thể nhưng không cần tiếp xúc với vật thể đó (Phát hiện từ xa)
- Phát hiện được từ khoảng cách xa
- Ít bị hao mòn, có tuổi thọ và độ chính xác, tính ổn định cao
- Phát hiện nhiều vật thể khác nhau
- Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng
Hình 3.9 Nguyên lý bộ nguồn một chiều
Cảm biến quang ứng dụng gồm 2 loại chính là cảm biến quang thu phát và cảm biến quang gương phản xạ Cảm biến quang thu phát chung được cấu tạo gồm một led hồng ngoại thu và một led hồng ngoại phát Khi có vật thể tác động vào vùng phát tia sẽ làm phản xạ lại ánh sáng tác động vào led thu Lúc này led thu sẽ tác động vào transistor cho tín hiệu ra
Cảm biến quang gương phản xạ cũng gồm led hồng ngoại thu và phát như quang thu phát nhưng hoạt động thì ngược lại Khi có vật thể tác động vào vùng phát sẽ làm chắn ánh sáng từ led hồng ngoại phát không cho đi qua gương phía đối diện để đến led hồng ngoại thu thương dùng cho những vật có màu tối, màu đen có tính chất hấp thụ ánh sáng nhiều
• Đầu ra của cảm biến
Ngày nay, hầu hết cảm biến cảm ứng đều có đặc điểm đầu ra transistor có logic NPN hoặc PNP Những loại này còn được gọi là kiểu DC-3 dây có thể quan sát dưới hình 3.11
Hình 3.11 Đầu ra của cảm biến kiểu DC-3 dây
Thi công mô hình
3.5.1 Thi công tủ điều khiển
• Mặt cửa trước của tủ điều khiển:
Hình 3.26 Mặt cửa trước tủ điều khiển
• Mặt lưng, mặt hông, mặt đáy trên và dưới:
Hình 3.27 Mặt hông và mặt lưng của tủ
Hình 3.28 2 đáy trên và dưới của tủ
Thiết kế tủ điện cho hệ thống phải đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật, an toàn, và hiệu quả hoạt động Kích thước chọn phải thích hợp khi đặt các thiết bị vào bên trong tủ để tránh trường hợp quá chật hay quá thừa Kích thước tủ là 30x30x16cm Kích thước và cách bố trí nút nhấn bên ngoài tủ điện được thể hiện qua các hình 3.26, hình 3.27 và hình 3.28
Hình 3.29 bên dưới là cách bố trí các thiết bị bên trong tủ điện
Hình 3.29 Bố trí thiết bị trong tủ Chú thích:
- 3: Máng nhựa đi dây điện
• Tủ điều khiển ngoài thực tế
Hình 3.30 là hình ảnh tủ điện đã được bố trí là lắp ráp ngoài mô hình thực tế
Hình 3.30 Mặt trước và bên trong tủ điều khiển
Thi công mô hình là quá trình xây dựng một bản mẫu hay một phiên bản thử nghiệm của sản phẩm hoặc hệ thống để kiểm tra tính khả thi, hiệu suất và các tính năng khác Mục đích của việc thi công mô hình là để kiểm tra và xác minh các thiết kế và công nghệ trước khi triển khai sản phẩm hoặc hệ thống lớn hơn Phần cơ khí và phần điện đã thi công được hiển thị thông qua hình 3.31 và hình 3.32
Hình 3.31 Phần cơ khí của mô hình
LẬP TRÌNH CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG
Sơ đồ đấu nối dây của hệ thống
Sơ đồ nối dây trong mô hình hệ thống được thiết kế để minh họa cách các thành phần trong hệ thống được kết nối với nhau thông qua dây dẫn Dưới đây là sơ đồ đấu dây của hệ thống, mạch điều khiển và mạch động lực
4.1.1 Sơ đồ đấu nối toàn bộ hệ thống
Hình 4.1 Sơ đồ đấu nối toàn hệ thống
4.1.2 Sơ đồ mạch điều khiển mô hình
Sơ đồ mạch điều khiển của mô hình được thể hiện qua hình 4.2
Hình 4.2 Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống
4.1.3 Sơ đồ mạch động lực
Sơ đồ mạch động lực của mô hình được thể hiện qua hình 4.3
Hình 4.3 Sơ đồ mạch động lực hệ thống
Bảng phân công đầu vào, ra của hệ thống
Bảng phân công đầu vào cho PLC thường được lập dựa trên yêu cầu cụ thể của hệ thống hoặc quy trình mà PLC sẽ điều khiển
Bảng phân công đầu vào này sẽ là một tài liệu quan trọng để hướng dẫn việc lập trình PLC và cấu hình hệ thống điều khiển
Danh sách các đầu vào và đầu ra được thể hiện ở bảng 4.1 và bảng 4.2
4.2.1 Bảng phân công đầu vào
Bảng 4.1 Bảng phân công đầu vào
STT TÊN ĐẦU VÀO ĐỊA CHỈ CHÚ THÍCH
1 I_Encoder_A I0.0 Tín hiệu Encoder kênh A
2 I_Encoder_B I0.1 Tín hiệu Encoder kênh B
3 I_MODE I0.2 Công tắc chế độ 1 là AUTO, 0 là
4 I_Start I0.3 Nút nhấn khởi động hệ thống
5 I_Stop I0.4 Nút nhấn dừng hệ thống
6 I_CB_Bom I0.5 Cảm biến phát hiện chai vị trí bơm
7 I_CB_Nap I0.6 Cảm biến phát hiện chai vị trí đóng nắp
8 I_CB_2chai I0.7 Cảm biến phát hiện chai tại vị trí sắp xếp
9 E_STOP I1.0 Nút dừng khẩn cấm hệ thống
4.2.2 Bảng phân công đầu ra
Bảng 4.2 Bảng phân công đầu ra
STT TÊN ĐẦU RA ĐỊA CHỈ CHÚ THÍCH
1 Q_BT2_DK_PID Q0.0 Băng tải chai ra
2 Q_Xylanh_chuyen Q0.1 Xi lanh chuyển chai
3 Q_Lamp_Start Q0.2 Đèn báo Start
4 Q_Lamp_Stop Q0.3 Đèn báo Stop
5 Q_BT1 Q0.4 Băng tải chai vào
- Xi lanh hạ động cơ siết nắp
8 Q_Xylanh_2Chai Q0.7 Xi lanh đẩy 2 chai
9 Q_Xylanh_6Chai Q1.0 Xi lanh đẩy khay
Lưu đồ thuật toán
4.3.1 Lưu đồ thuật toán của toàn hệ thống
Hình 4.4 Lưu đồ thuật toán của toàn hệ thống
Hệ thống sẽ hoạt động với 2 chế độ được thể hiện ở hình 4.4:
- AUTO( chế độ tự động)
- MANUAL(chế độ bằng tay)
4.3.2 Lưu đồ thuật toán chế độ bằng tay(MANUAL)
Hình 4.5 bên dưới là lưu đồ thuật toán của chế độ hoạt động bằng tay của hệ thống
Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán chế độ bằng tay
- SWITCH: Là đại diện cho các công tắc ảo tác động đến các phần tử động lực của hệ thống trên màn hình WINCC
4.3.3 Lưu đồ thuật toán chế độ tự động(AUTO)
Hình 4.6 bên dưới là lưu đồ thuật toán của chế độ hoạt động tự động của hệ thống
Hình 4.6 Lưu đồ thuật toán chế độ tự động
- Cảm biến 1: Cảm biến phát hiện chai vị trí bơm
- Cảm biến 2: Cảm biến phát hiện chai vị trí đóng nắp
- Cảm biến 3: Cảm biến đếm chai tại vị trí xi lanh đẩy 2 chai ra ngoài băng tải ra
- Xi lanh chuyển: Xi lanh tại vị trí chuyển chai sang băng tải 2
- Xi lanh nắp: Xi lanh tại vị trí siết nắp, gắn với động cơ vặn nắp
- Xi lanh 2: Xi lanh tại vị trí đẩy 2 chai ra khỏi băng tải ra
- Xi lanh 3: Xi lanh tại vị trí đẩy 6 chai vào khay
- Xi lanh 4: Xi lanh giữ chai tại vị trí đóng nắp.
Giản đồ thời gian
Hình 4.7 là giản đồ thời gian khi hệ thống hoạt động
Hình 4.7 Giản đồ thời gian của hệ thống
Giao diện mô phỏng và điều khiển trên phần mềm WINCC
Các nút bấm và công tắc trên màn hình mô phỏng WINCC sẽ điều khiển trực tiếp đến các cơ cấu của hệ thống Các cơ cấu và các thành phần sẽ được biểu thị màu khi được tác động Chai sẽ được hiển thị khi di chuyển qua các cơ cấu
Hình 4.8 là giao diện giám sát và điều khiển trên màn hình WINCC
Biểu đồ dạng sóng sẽ biểu thị giá trị tốc độ đặt cho băng tải và giá trị tốc độ thực
Hình 4.8 Giao diện mô phỏng và điều khiển hệ thống trên phần mềm WinCC