Với các chức năng cần thiết, phân quyền người dùng trongWincc, thiết kế giao diện từ thư viện, tạo nút nhấn… Dây chuyền được điều khiển thông qua PLC S7-1200 của Siemens đây cũng làloại
TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử màtrong đó điều khiển tự động đóng vai tròhết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phải nắm bắt vàvận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung vàtrong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng.
Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp códây chuyền sản xuất, nhóm đã được thấy nhiều dây chuyền tự động hóa trong qu átrình sản xuất Một trong những dây chuyền sản xuất tự đông hóa đó là dây chuyền chiết rót sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC ( Programmable Logic Controller).
Sau khi t ìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây,nhóm quyết định chọn đề tài: “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN
MỤC TIÊU
Với đề tài này mục tiêu mà nhóm đề ra để giải quyết các công việc như sau:
- Nghiên cứu ứng dụng vàgiao tiếp giữa PLC vàhệ Servo.
- Thiết kế và thi công được hệ thống chiết rót.
- Thiết kế được hệ SCADA công nghiệp
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1: T ìm hiểu vàtham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề, nội dung liên quan vàđưa ra phương pháp thực hiện đề tài.
NỘI DUNG 2: T ìm hiểu về PLC S7 – 1200 vàphần mềm lập tr ình. NỘI DUNG 3: Thiết kế phần cứng của hệ thống
NỘI DUNG 4: Thiết kế giải thuật điều khiển, lập trình PLC, thiết kế giao diện giám sát trên Wincc.
NỘI DUNG 5: Thử nghiệm, điều chỉnh phần mềm, phần cứng cho hệ thống tối ưu, thu thập kết quả qua những lần thử nghiệm đánh giá tính ổn định của hệ thống.
NỘI DUNG 6: Viết quyển báo cáo tốt nghiệp.
NỘI DUNG 7: Báo cáo đồ án tốt nghiệp.
BỐ CỤC
Chương này trình bày, đặt vấn đề, dẫn nhập lýdo chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn thông số vàbố cục đồ án.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu tổng quan về dây chuyền chiết rót, PLC S7- 1200, Driver Servo và giới thiệu các phần mềm hỗ trợ, điều khiển Servo bằng các lệnh Motion.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ Đặc tả phần cứng các thiết bị ngõvào, ngõra, thiết kế sơ đồ nguyên lý, tính toán vàthiết kế các khối: khối nguồn, khối băng tải, khối mâm xoay, khối dán nhãn, khối kiểm tra.
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Thi công phần cứng vàthi công phần điện viết chương trình cho hệ thống.
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT
Nêu kết quả đạt được, h ìn h ảnh hoạt động của mô hình, đánh giá tính ổn định của hệ thống vàcác chức năng liên quan.
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Nêu kết luận về quátr ình thực hiện vàthành quả đạt được, các vấn đề còn tồn tại, đề ra hướng phát triển sản phẩm.
GIỚI HẠN
- Dây chuyền chiết rót qui mônhỏ.
- Chiết rót mỗi lần 1 chai.
- Chưa đảm bảo độ ch ính xác của từng thiết bị.
- Được điều khiển vàgiám sát trên Wincc.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT
2.1.1 Giới thiệu Để cóthể xây dựng được một hệ thống như yêu cầu đặt ra, chúng ta cần phải tìm hiểu một số khái niệm, cơ sở liên quan đến hệ thống Các khái niệm về hệ thống chiết rót, các cách thức để giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi vàcác phần mềm được hỗ trợ đều được trình bày trong chương này.
Cóthể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn chưa đựng trong các bao bìdạng chai lọ nhất làtrong ngành thực phẩm vídụ như: bia, rượu, nước giải khát, v.v với nhiều ưu điểm nổi trội như giá thành hạ, cứng cáp, t ín h thẩm mỹ cao, dễ sản xuất. Cũng chính vì lý do này các hệ thống máy chiết rót, đóng nắp chai tự động được sử dụng rộng rãi với nhiều những chũng loại khác nhau.
Dây chuyền đóng nắp chai tự động cónhiều kích thước đa dạng, được sử dụng kết hợp chung với dây chuyền chiết rót chất lỏng Nókhông chỉ được sử dụng trong các công ty lớn màcòn sử dụng ở các cơ sở sản xuất tư nhân nhỏ.
2.1.2 Các hệ thống chiết rót cósẵn trên thị trường
Trên thị trường các dòng máy chiết rót hiện nay, có5 dòng máy chiết rót được ưa chuộng vàlàsự lựa chọn ưu tiên của các cơ sở sản xuất đó là: máy chiết rót bằng bơm bánh răng máy chiết rót bằng bơm piston máy chiết rót bằng bơm trục , , vít, máy chiết rót bằng lưu lượng kế vàmáy chiết rót kiểu đối lưu.
Máy chiết rót bằng bơm bánh răng
H ình 2 1 Máy chiết rót bằng bơm bánh răng
Máy chiết rót bằng bơm bánh răng hay còn gọi làmáy chiết rót tự động 8 đầu (bơm rotary) thích hợp cho việc chiết rót các sản phẩm ngành thực phẩm, hóa mỹ phẩm,… Cấu trúc dòng máy này được làm từ thép không gỉ vàhợp kim nhôm với thiết kế thay đổi nhanh cho k ích thước khác của chai Máy chiết rót bằng bơm bánh răng được thiết lập dựa trên màn h ìn h cảm ứng hiện thị LCD, rất tiện dụng vàdễ dàng điều chỉnh.
Hệ thống chiết rót bằng đầu bơm rotary, điều khiển bởi motor AC với biến tần giúp thao tác rót mềm mại hơn, điều chỉnh lưu lượng dễ dàng Hệ thống bơm bánh răng hạn chế tối đa khả năng tạo bọt trong khi rót.
Dung tích chiết rót của dòng máy chiết rót bằng bơm bánh răng vào khoảng
250 – 5000ml với loại vòi ngâm không làm tràn chất lỏng lên chai và băng tải Hệ thống bơm và động cơ băng tải được bảo vệ toàn diện tránh sụt áp trong qu átrình vận hành.
Máy chiết rót bằng bơm piston
Hình 2 2 Máy chiết rót bằng bơm piston
Máy chiết rót bằng bơm piston hay còn gọi làmáy chiết rót tự động 6 đầu (bơm piston) cóthiết kế đầu bơm piston phù hợp trong các công việc chiết rót các chất lỏng không hạt như dầu ăn, sữa tắm, dầu gội,…
Máy chiết rót bằng bơm piston điều khiển bởi motor servo, cho độ chính xác chiết rót cao, phùhợp các sản phẩm yêu cầu định lượng động chuẩn chỉnh cao.Dòng máy được sản xuất kèm thiết bị bảo vệ “không chai – không chiết rót” với loại vòi ngâm không làm tràn chất lỏng Bơm piston hoạt động trơn tru và linh hoạt,màn hìn h cảm ứng điều khiển hỗ trợ tối đa các thao tác điều chỉnh.
Máy chiết rót bằng bơm trục v ít
Hình 2 3 Máy chiết rót bằng bơm trục v ít
Máy chiết rót bằng bơm trục ví t hay còn gọi làmáy chiết rót tự động 8 đầu (bơm trục vít) với thiết kế phùhợp với chiết rót các loại dầu nhớt.
Mỗi đầu bơm trục v ít của dòng máy này được điều khiển bởi một motor AC riêng biệt nên độ chính xác khi rót rất cao Loại vòi ngâm sử dụng cho máy chiết rót này hạn chế tối đa sản sinh bọt khívàtránh chất lỏng văng ra ngoài Người sử dụng cóthể dễ dàng điều chỉnh, cài đặt các thông số thông qua màn hình LCD cảm ứng.
Máy chiết rót bằng lưu lượng kế
H ình 2 4 Máy chiết rót bằng lưu lượng kế
Máy chiết rót bằng lưu lượng kế làdòng máy chiết rót 10 đầu dạng định lượng được sử dụng chiết chính xác hơn vàdễ dàng cho các thao tác vệ sinh Loại máy này phùhợp với việc chiết các chất lỏng có độ nhớt, đậm đặc.
Phạm vi chiết rót của máy chiết rót bằng lưu lượng kế rộng đồng thời cóthiết kế giảm tạo bọt tối ưu khi chiết rót Cấu trúc máy cho phép cài đặt tiêu chuẩn vàlưu lượng định mức sản phẩm chuẩn xác một cách tối đa.
Máy chiết rót kiểu đối lưu
Máy chiết rót kiểu đối lưu hay còn gọi là đẳng áp được thiết kế thuận tiện cho việc rót nước khoáng hay nước ép trái cây.
H ình 2 5 Máy chiết rót kiểu đối lưu
Dung t íc h chiết rót của dòng máy này vào khoảng 500 – 1500ml Thiết kế vòi ngâm hỗ trợ ổn định chất lỏng không gây tràn Bên cạnh đó, dòng máy này cũng được tích hợp màn h ình cảm ứng hiệu Proface với hệ thống điều khiển PLC hiệu Mitsubishi.
2.1.3 Các loại máy dán nhãn công nghiệp trên thị trường hiện nay
Phân loại theo mức độ tự động hóa, cóthể tạm chia máy dán nhãn thành 3 loại:
Máy dán nhãn tự động
Máy dán nhãn tự động cóthể tự động điều ch ình cho phùhợp để dán nhiều loại chai, lo, sản phẩm h ìn h trụ, dẹp có kích thước, kiểu đặt khác nhau.
TỔNG QUAN VỀ PLC
PLC (Programmable Logic Controller) dịch sát nghĩa là thiết bị điều khiển lập trình được (khả trì nh) giúp chúng ta cóthể thực hiện các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình (Ladder hoặc State logic) một cách linh hoạt.Người sử dụng PLC cóthể lập trình nóđể thực hiện hàng loạt trình tự các quátrình (sự kiện), các quá trình này được k ích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các hoạt động cóthời gian trễ Một khi quá trình được k íc h hoạt, PLC sẽ bật ON hoặc OFF thiết bị điều khiển bên ngoài.PLC thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có chức năng điều chỉnh (như PID, mờ, ) vàcác chức năng tính toán khác Lúc đầu, yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các qu átrình rời rạc Trong các hệ SCADA, PLC phát huy được nhiều ưu điểm vàthế mạnh.
H ình 2 9 Cấu tạo cơ bản của PLC
Khối xử lý(CPU) Để đáp ứng được yêu cầu đã nêu thì PLC cần phải có CPU như một máy t ín h 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 t ín hiệu ngõvào từ khối vào, xử lývàxuất t ín hiệu tới khối ra CPU còn chứa các khối chứa năng phổ biến như Counter, Timer, lệnh toán học, chuyển đổi dữ liệu… và các hàm chuyên dụng.
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 t ín hiệu dạng nhị phân như: công tắc, nút nhấn, 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 ẩm 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 ch ính xác khi thực hiện chuyển đổi ADC.
Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO (Digital Output) và ngõ ra tương tự AO (Analog Output).
Ngõ ra DO kết nối với các cơ cấu chấp hành điều khiển theo quy tắc On/Off như: đèn báo, chuông, van điện, động cơ không điều khiển tốc độ.
Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu điều khiển liên tục: biến tần, van tuyến tính.
2.2.3 Đặc điểm vàvai tròcủa PLC
Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt Khi cần thay đổi yêu cầu, đối tượng điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình thông qua việc lập tr ình.
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 khiển 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 dùng dễ dàng lựa chọn những module nào cần thiết với yêu cầu điều khiển hiện tại giúp tiết kiệm chi phí Cấu trúc dạng module của PLC giúp việc mở rộng quy môđiều khiển 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 t ính hay với PLC khác Khả năngnày đáp ứng yêu cầu điều khiển, giám sát từ xa, xây dựng hệ thống SCADA. Hoạt động với độ tin cậy cao, chống nhiễu tốt trong môi trường công nghiệp.
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 khiển tiếp điểm sẽ hiệu quả kinh tế hơn.
Yêu cầu người lắp đặt ban đầu, lập trình phải cóhiểu biết chuyên môn về PLC.
Với những ưu nhược điểm như đã nêu trên, PLC thể hiện ưu điểm vượt trội và hiện nay đã thay thế hệ thống điều khiển 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.
GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 - 1200
2.3.1 Khái niệm chung về PLC S7 – 1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để 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 logic lập trình (PLC) cóthể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phíthấp, vàmột tập lệnh mạnh làm cho chúng ta cónhững giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7- 1200.
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được t íc h hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được t íc h hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU vàchương trình điều khiển:
Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vàoPLC.
Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet vàTCP/IP. Ngoài ra bạn cóthể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.
Phần mềm dùng để lập trì nh cho S7-1200 làStep7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập tr ình làFBD, LAD vàSCL Phần mềm này được t ích hợp trong TIA Portal của Siemens.
2.3.2 Các thành phần ch ính của PLC S7 – 1200
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 vàsố mở rộng điều khiển mô-đun trực tiếp trên CPU làm giảm chi phísản phẩm
13 module t ín hiệu số và tương tự khác nhau.
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP.
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp
Hình 2 11 Cấu tạo của bộ điều khiển CPU S7 - 1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý, bộ nhớ chương trình khác nhau…
2.3.3 Các dòng chính của CPU S7 – 1200
S7 – 1200 có 5 dòng làCPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU1215C, CPU 1217C.
Bảng 2 1 Đặc tính kỹ thuật của PLC S7 - 1200
Tùy vào ứng dụng điều khiển hệ thống để cóthể chọn các module phùhợp….
PLC S7-1200 cóthể mở rộng các module t ín hiệu vàcác module gắn ngoài để mở rộng chức năng của CPU Ngoài ra, cóthể cài đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ giao thức truyền thông khác.
Khả năng mở rộng của từng loại CPU tùy thuộc vào các đặc tính, thông số và quy định của nhàsản xuất.
S7-1200 cócác loại module mở rộng sau: Communication module (CP), Signal board (SB), Signal Module (SM). Đặc tính của module mở rộng như sau:
Bảng 2 2 Đặc tín h module mở rộng của PLC S7 – 1200
2.3.5 Các tính năng nổi bật của PLC S7 – 1200
Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được tích hợp sẵn:
- Dùng để kết nối máy t ính, với màn hìn h 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 chuyển đổi đấu chéo.
- Hỗ trợ 16 kết nối Ethernet.
- TCP/IP, ISO on TCP, vàS7 protocol.
Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quátrình:
- 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và3 bộ đếm 30kHz.
- ngõra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ vàvị trí động cơ bước hay bộ lái servo (servo drive)
- Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển 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 điểu khiển (auto-tune functionality).
- Mở rộng tín hiệu vào/ra bằng board t ín hiệu mở rộng (signal board), gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp mở rộng t ín hiệu vào/ra mà không thay đổi kích thước hệ điều khiển.
- Mỗi CPU cóthể kết nối tối đa 8 module mở rộng t ín hiệu vào/ra.
- Ngõvào analog 0-10V được t ích hợp trên CPU.
- module truyền thông cóthể 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 tr ình ứng dụng hay cập nhật firmware chuẩn đoán lỗi online/offline.
TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ
TIA Portal – phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa vàtruyền động điện Phần mềm lập trì nh mới này giúp mọi người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thông tự động hóa một cách nhanh chóng, do đó giảm nhiều thời gian trong việc t íc h hợp, xây dựng tất cả các bộ điều khiển PLC, màn hìn h HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hìn h trên TIA portal Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này Vídụ người sử dụng có thể sử dụng tính năng “kéo và thả” một biến trong chương trình điều khiển PLC vàmột màn hìn h của chương trình HMI Biến này sẽ được gán vào chương trình HMI và sự kế nối giữa PLC – HMI đã được tự động thiết lập, không cần bất cứ sự cấu hì nh nào thêm.
Phần mềm mới Simatic Step 7 V13 tíc h hợp trên TIA Portal, để lập trình cho S7-1500, S7-1200, S7-300 vàhệ thống tự động PC-based Simatic WinAC. Simatic Step 7 V13 được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng Simatic Step 7 V13 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang phương trình mới trên TIA Portal.
Phần mềm mới Simatic WinCC V13, cũng được tíc h hợp trên TIA Portal, dùng để làm cấu h ìn h cho các màn hìn h TP vàMP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng như để giám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA).
Phần mềm WinCC của Siemens làmột phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) cũng như phục vụ việc xử lývà lưu dữ liệu trong một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa.
WinCC làchữ viết tắt của Windowns Control Center (Trung tâm điều khiển chạy trên nền Windows), nói cách khác nócung cấp các công cụ phần mềm để 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 V13 bao gồm các phiên bản khác nhau:
WinCC Basic lập trình cho Basic Panels.
WinCC Comfort lập trình 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 tín h cấp thiết bị như các Panel PC.
WinCC Professional làphần mềm bao gồm tất cả các tính năng trên và sử dụng để lập tr ình SCADA.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
YÊU CẦU THIẾT KẾ
Đề tài “ Điều khiển vàgiám sát dây chuyền chiết rót sử dụng PLC S7 – 1200” cócác yêu cầu sau:
- Hệ thống cóphần cứng chắc chắn, vận hành ổn định.
- Năng suất tối thiểu 60 chai 1 giờ.
- Kích thước băng tải, mâm xoay phải phùhợp với chai nước có kích thước 60*120mm.
- Chiết rót nước cósai số thấp.
- Cơ cấu mâm xoay phải vào đúng vị trívàquay đúng 90 o
- Gạt và đóng nắp chai chính xác.
- Nhãn dán chai chính xác.
Với những yêu cầu trên, nhóm sẽ thiết kế sơ đồ khối cho hệ thống v àt ính toán lựa chọn thuật toán phù hợp.
MÔ TẢ HỆ THỐNG
Kích thước hệ thống: dài x rộng x cao(cm)= 100x100x70(cm).
Khung phần cứng có 2 băng tải đặt vuông góc với nhau, tại đó có cơ cấu mâm xoay, với 4 góc được đặt cách đều nhau 90 thực hiện các nhiệm vụ riêng biệt Bảng0 điện điều khiển đặt nghiêng 1 góc 50 so với mặt phẳng ngang.0
THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ
- Môh ình được thực hiện với mục đích nghiên cứu nên nhóm chọn băng tải có kích thước nhỏ: dài 50cm, rộng 6cm,cao 10cm vừa đúng cho chai chạy được trên một hàng thẳng.
- Động cơ băng tải được sử dụng là động cơ giảm tốc 24VDC, sức kéo tối đa 15kg, tốc độ quay 50 vòng/phút.
- Số lượng băng tải: 2 băng tải.
Khung phần cứng được nhóm sử dụng vật liệu làsắt V 3x3(cm) Với kíc h thước nhỏ gọn, kết cấu tương đối chắc chắn, dễ dàng tháo lắp vàvận chuyển đồng thời giáthành hợp lý nên đây sẽ làlựa chọn tốt cho m ôhì nh của nhóm.
Hình 3 5 Mâm trên Để mâm xoay thực hiện được 3 nhiệm vụ cùng một lúc: bơm nước, gạt nắp chai, đóng nắp chai thìnhóm phải thiết kế mâm sao cho cóthể bố trícác cơ cấu chấp hành đó một cách hợp lý.
- Đường kính mâm dưới 32cm.
- Đường kí nh mâm trên 29 cm.
- Mâm dưới Mica đen dày 5mm.
- Mâm trên Mica đen dày 3mm.
- Mâm trên được cắt 4 lỗ (d=5mm) cách nhau 90 Với việc cắt 4 lỗ o như vậy thìviệc thiết kế phần cơ khí theo góc 90 làhợp lý.o
THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN
Để phần cơ khí hoạt động thìphần điện điều khiển đóng vai trò quyết định cho toàn bộ hệ thống Từ mô hình cơ khí như đã thiết kế, lên phương án thiết kế tổng thể các phần trong khâu điều khiển Xác định các khối gồm: Khối nguồn, khối xử lýtrung tâm, khối băng tải, khối nút nhấn, khối cảm biến, khối chiết rót, khối cấp nắp, khối đóng nắp, khối dán nhãn, khối mâm xoay, khối phân loại.
3.3.1 Sơ đồ khối của hệ thống
H ình 3 6 Sơ đồ khối của hệ thống
Khối nguồn: Cóchức năng cung cấp nguồn cho hệ thống.
Khối nút nhấn: cóchức năng điều khiển hệ thống.
Khối cảm biến: Cóchức năng xác định vị tríchai vàkiểm tra phân loại.
Khối băng tải: Cóchức năng di chuyển chai đến vị tríxử lýkhác
Khối chiết rót: Cóchức năng cung cấp nước cho chai.
Khối cấp nắp: Cóchức năng cấp nắp cho chai nước.
Khối đóng nắp: Cóchức năng đóng nắp chai.
Khối dán nhãn: Cóchức năng dán nhãn cho chai.
Khối mâm xoay: Cóchức năng giữ vàdi chuyển chai một góc 90 0
Khối phân loại: Cóchức năng phân loại chai đạt và không đạt.
Khối xử lýtrung tâm: Cóchức năng nhận, xử lý thông tin và điều khiển các khối khác.
3.3.2 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống
Nhóm chọn PLC S7-1215C DC/DC/DC của hãng Siemen Hệ thống của nhóm có tất cả 11 ngõ vào DI, 10 ngã ra DO Trong khi đó S7-1215C DC/DC/DC có14DI,10DO cóthể nói là đáp ứng được với yêu cầu của nhóm, đồng thời với thiết kế nhỏ gọn, phần mềm lập tr ình Tia Portal dễ sử dụng cùng với khả năng mở rộng IO,giao diện thiết kế SCADA với kho thư viện phong phú nên đây sẽ làlựa chọn th ích hợp nhất.
Chức năng CPU 1215C DC/DC/DC
Bộ nhớ bit (M) 8192 byte. Độ mở rộng các module tín hiệu 8
Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
Các bộ đếm tốc độ cao: Đơn pha
PROFINET 2 cổng truyền thông Ethernet.
Tốc độ thực thi tính toán thực 2.3 μs/lệnh.
Tốc độ thực thi Boolean 0,08 μs/lệnh.
3.3.2.2 Khối nguồn Động cơ băng tải, động cơ nắp sử dụng nguồn 24VDC, dòng điện tiêu thụ lên đến 2A. Động cơ dán nhãn sử dụng nguồn 24VDC, dòng tiêu thụ 0.5A.
Cảm biến tiệm cận sử dụng điện áp từ 6VDC đến 36VDC, dòng tiêu thụ tối đa 300mA.
Cảm biến sợi quang sử dụng điện áp từ 12VDC đến 24VDC, dòng tiêu thụ tối đa 35mA trở xuống.
Cảm biến nhãn sử dụng điện áp từ 10VDC đến 30VDC, dòng tiêu thụ tối đa 200mA.
PLC S7 – 1200 CPU 1215C DC/DC/DC sử dụng điện áp 24VDC, dòng tiêu thụ tối đa 1500mA.
Hệ thống điều khiển khínén, relay trung gian sử dụng điện áp 24VDC. Với những thông số kỹ thuật, điện áp sử dụng và dòng điện tiêu thụ đã phân tích trên, nhóm quyết định chọn nguồn cung cấp cho toàn bộ hệ thống lànguồn tổ ong 24VDC – 5A.
Thông số kỹ thuật Điện áp đầu vào AC 220V ( Chân L vàN ) Điện áp đầu ra DC 24V 5A
Công suất 120W Điện áp ra điều chỉnh +/-10%
Phạm vi điện áp đầu vào 85 ~ 132VAC / 180 ~ 264VAC
Kích thước 199 * 98 * 38mm Trọng lượng: 0.52Kgs
Hì nh 3 8 Nguồn tổ ong trong thực tế
Gồm nút điều khiển, một cặp tiếp điểm thường k ín , một cặp tiếp điểm thương hở và loxo đẩy.
Nút nhấn dùng để đóng cắt mạch điện ở mạch hạ áp Nút nhấn thường được dùng để điều khiển các rơle, công tắc tơ, chuyển đổi mạch t ín hiệu, bảo vệ phổ biến là dùng nút nhấn trong mạch điều khiển động cơ để khởi động hay thay đổi chiều quay Nút nhấn cóhai loại: Nút nhấn thường hở vànút nhấn thường k ín.
Nút nhấn nhựa không đèn (Nhấn nhả)
Số tiếp điểm 1NO + 1 NC Điện áp hoạt động AC/DC 230, 380 Điện trở tiếp xúc ≤50mΩ
Hình dáng Tròn, vuông, hình chữ nhật
Hiển thị Đèn Led, sợi đốt
Màu Đỏ, vàng, xanh lá
Cấp bảo vệ IP40, IP66
3.3.2.5 Thiết bị đóng ngắt Relay
Module 1 Relay với opto cách ly nhỏ gọn, cóopto vàtransistor cách ly giúp cho việc sử dụng trở nên an toàn với board mạch ch ính Mạch được sử dụng để đóng ngắt nguồn điện công suất cao AC hoặc DC, cóthể chọn đóng khi kích mức cao hoặc mức thấp bằng Jumper.
Tiếp điểm đóng ngắt gồm 3 tiếp điểm NC (thường đóng), NO (thường mở) và COM(chân chung) được cách ly hoàn toàn với board mạch chính, ở trạng thái b ình thường chưa kích NC sẽ nối với COM, khi cótrạng thái k ích COM sẽ chuyển sang nối với NO vàmất kết nối với NC.
H ình 3 11 Relay trong thực tế
Thông số kỹ thuật Điện áp cuộn Coil 24 VDC
Số cặp tiếp điểm 4 cặp Đèn báo Có
Sản phẩm của dây chuyền làchai Evian (330ml), với công suất 4L/phút thìviệc sử dụng động cơ bơm 12VDC làphùhợp Việc bơm 330ml cho chai thìđộng cơ chỉ mất khoảng 4.95 giây.
H ình 3 12 Động cơ bơm nước 12VDC
Thông số kỹ thuật Điện áp 12 V
Công xuất 30 W Áp lực 0.6 Mpa
Tự hút cao 1.5 mét Đẩy cao 20 mét
Công tắt áp lực tự động Có
3.3.2.7 Khối đóng nắp a Động cơ vặn nắp chai
Nhóm đã thử nghiệm rằng: Với việc dùng động cơ 24VDC thì thời gian mànắp chai được vặn chặt chỉ bằng một nửa thời gian nước được bơm vào chai mới Vừa nhanh màlại rẻ tiền nên nhóm đã chọn động cơ này cho cơ cấu vặn nắp.
Hình 3 13 Động cơ vặn nắp chai
Thông số kỹ thuật Điện áp 24VDC
Mô men xoắn đầu ra 9-130kg
Tốc độ 295RPM b Xi-lanh TN20x150
Yêu cầu đặt ra làphải đóng nắp thật chính xác, tránh trường hợp nắp trật rãnh của chai, đồng thời hành trình của xi - lanh phải ngắn để qu átr ình đóng nhãnhanh,linh hoạt Vìvậy với xi - lanh vàchiều dài hành tr ình là7cm làsự lựa chọn hợp lý.
Hình thức hoạt động Tác động kép
Lưu chất hoạt động Khínén Áp suất vận hành 0.1~0.9Mpa(1~9kgf/cm2) Áp suất thử nghiệm 1.35Mpa(1.35kgf/cm2)
Vật liệu thân Nhôm nguyên khối
Cỡ nòng 6mm. c Van khínén SY3120-5LZ-M5
Hình 3 15 Van khínén SY3120-5LZ-M5
Lưu chất điều khiển không khí Điện áp điều khiển 24VDC
Thời gian đáp ứng
