Thi công hệ thống pha trộn màu nước và Đóng nắp lon tự Động

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHBỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THI CÔNG HỆ THỐNG PHA TRỘN

TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đặt vấn đề

Trong công cuộc công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước, việc đầu tư vào dây chuyền tự động nhằm mục đích giảm chi phí sản xuất và nâng cao năng suất lao động và cho ra sản phẩm chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng của khách hàng là rất quan trọng Sơn nước là một nguyên vật liệu rất phổ biến được sử dụng rất nhiều trong ngành xây dựng Chính vì thế màu sắc của sơn là một trong những yếu tố quan trọng mà nhà sản xuất và người tiêu dùng quan tâm hàng đầu Đa số việc pha màu sơn hiện nay đều thực hiện theo phương pháp thủ công, dựa theo kinh nghiệm của thợ pha sơn là chủ yếu nên sự chính xác không cao cũng như chất lượng và năng suất không được đảm bảo Nhằm khắc phục những nhược điểm trên hiện nay trong hệ thống công nghiệp bộ điều khiển khả trình hay còn gọi là PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) được sử dụng để thay thế nhân công điều khiển các hệ thống trong nhà máy Xuất phát từ tình hình thực tế cũng như ham muốn hiểu biết thêm về bộ điều khiển khả trình, nhóm em xin được chọn đề tài làm đồ án tốt nghiệp là “Thiết kế, thi công hệ thống pha màu sơn nước và đóng nắp lon tự động”.

Mục tiêu đề tài

Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng nhằm bảo vệ bề mặt của công trình, sản phẩm Đồng thời yếu tố thẩm mĩ là rất quan trọng và màu sắc của sơn quyết định yếu tố này Ngoài những công trình xây dựng lớn được pha chế bằng máy với giá thành cao thì vẫn còn một số việc pha màu hiện nay dựa trên phương pháp thủ công chính là kinh nghiệm của những người thợ xây dựng nhằm tiết kiệm chi phí, thế nên độ chính xác, đồng đều màu giữa những lần pha là không cao, năng suất thấp, lãng phí sức lao động và thời gian

Với mong muốn khắc phục được những hạn chế nêu trên, nhóm em đã tiến hành thiết kế, thi công hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp lon tự động với những cải tiến sau:

- Cách thức và tỉ lệ pha trộn màu sơn nước

- Hệ thống có thể pha trộn tối thiểu 20 màu và có thể cài đặt thêm

- Hệ thống có thể pha trộn cho lon sơn nước từ 110ml đến 220ml

- Màu sắc và thể tích đúng với yêu cầu, đồng đều giữa các lần pha trộn

- Mô hình được giám sát và điều khiển qua hệ thống SCADA

- Có cơ cấu kiểm thử với màu được chọn

- Cảnh báo khi hết lon, nắp và nguyên liệu trộn sơn.

Giới hạn của đề tài

- Mô hình tạo ra lon sơn hoàn chỉnh và có thể pha được 37 màu

- Cơ cấu cấp lon, nắp còn ít

- Hệ thống được điều khiển và giám sát qua Scada

Bố cục đồ án

Báo cáo của chúng em gồm các chương sau:

- Chương 1: Tổng quan về đồ án tốt nghiệp

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết: lý thuyết về sơn, các thiết bị trong hệ thống và lý thuyết chuẩn truyền thông Modbus trong công nghiệp

- Chương 3: Tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị: yêu cầu của hệ thống, tính toán thiết kế phần cứng, lựa chọn thiết bị, lưu đồ giải thuật điều khiển

- Chương 4:Thi công hệ thống: kết quả thi công hệ thống

- Chương 5: Kết luận: kết quả đạt được, hạn chế và hướng phát triển

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MÀU SƠN VÀ PHA TRỘN SƠN

Sơn là một hỗn hợp lỏng đồng nhất, hoặc có thể hóa lỏng được, hoặc thành phần mastic, để khi quét lên bề mặt một lớp mỏng, nó sẽ chuyển thành một màng rắn, trong đó chất tạo màng liên kết với các chất màu tạo màng liên tục bám trên bề mặt vật chất Hỗn hợp được điều chỉnh với một lượng phụ gia và dung môi tùy theo tính chất của mỗi loại sản phẩm Sơn thường được sử dụng rộng rãi để:

- Cung cấp kết cấu cho các đối tượng

Chủ yếu trên thị trường là sơn được bán dưới dạng sơn nước, có nhiều màu sắc phong phú và đa dạng, có đặc tính che phủ, bám dính được nhiều bề mặt khác nhau

Hình 1: Hình ảnh các màu sơn nước

• Các thành phần chính của sơn:

Nhựa (40% - 60%): Alkyd, Acrylic, Epoxy, Polyurethane, Fluorocarbon

- Tạo liên kết các thành phần của sơn

- Tạo độ kết dính cho sơn

- Tạo độ bền cho màu sơn

Bột màu (7% - 40%): Bột màu gốc, bột màu bổ sung, bột chống gỉ

- Tạo độ bền và độ cứng của màng sơn

Phụ gia (0% - 5%): Là các chất tăng độ bền cho sơn bao gồm độ bền màu sắc, khả năng chịu thời tiết, tăng độ bóng cứng và độ phủ cho sơn, tăng thời gian bảo quản của sơn, một số tính chất đặc biệt khác bao gồm :

- Chất làm khô tạo sức căng bề mặt

Dung môi (10% - 30%): Hòa tan nhựa và bột màu

2.1.2 Công nghệ sản xuất sơn

Dựa vào sơ đồ trên, ta có thể hiểu được một quy trình sản xuất sơn bao gồm các công đoạn như sau:

Chuẩn bị nguyên liệu (bột tạo màu, nhựa, dung môi hòa tan, các chất phụ gia đã được nghiền và lọc) → Pha trộn theo tỉ lệ → Khuấy → Pha loãng → Chiết rót → Dán nhãn → Đóng thùng → Vận chuyển → Tiêu thụ

• Một số dây chuyền , nhà máy sơn hiện nay

Hình 2: Nhà máy sản xuất sơn ICI Dulux, KCN Mỹ Phước 2, Bình Dương

Hình 3: Máy pha sơn hãng Dulux

Hình 4: Máy pha sơn hãng Sea Master

2.1.3 Quy luật pha màu sơn

• Khái niệm về màu sắc

Theo quang học: Khi luồng ánh sáng trắng đi qua lăng kính mặt trời thì tách ra 7 sắc gồm: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím Đó là sự hiển thị của các loại ánh sáng có bước sóng dài ngắn khác nhau Do đó về mặt quang học, ta có thể khẳng định màu sắc chính là ánh sáng Màu sắc mà chúng ta nhìn thấy từ mọi vật đó là sự phản chiếu của ánh sáng từ vật vào mắt

Hình 5: Thang màu từ đỏ tới tím của 7 sắc cầu vồng

• Ba yếu tố cơ bản của màu sắc

- Sắc (tone): Độ đậm nhạt của màu sắc nào đó khi pha thêm trắng hoặc đen

- Quang độ (value): Độ sáng hoặc tối của một màu, là tác dụng liên kết của độ đậm nhạt này với độ đậm nhạt kia Ví dụ trong vòng thuần sắc, vàng là màu có đỉnh quang độ sáng nhất, tím là màu có đỉnh quang độ tối nhất do sự đập mắt

- Cường độ (intensity): Là mức độ mạnh hay yếu của một màu nào đó do sự kích thích thị giác

Hình 6: So sánh tương quan giữa quang độ và cường độ của hai màu

• Các quy luật pha màu

Có 2 quy luật pha màu là cộng màu và trừ màu

Hình 7: Quy luật cộng màu hệ màu RGB

- Quy luật cộng màu: Ba màu sơ cấp trong ánh sáng là đỏ (red), lục (green), xanh (blue)

+Ánh sáng đỏ hòa với ánh sáng lục cho ánh sáng vàng (Yellow - Y)

+ Ánh sáng lục hòa với ánh sáng lam cho ánh sáng màu da trời (Cyan - C)

+ Ánh sáng lam hòa với đỏ cho ánh sáng tím hồng (Magenta - M)

Tím hồng là màu khá gần với màu tím (Violet) Tím hồng (Magenta) là màu không có trong phổ ánh sáng tự nhiên

Các màu tím hồng (M), vàng (Y), và da trời (C) được gọi là các màu thứ cấp (secondary) của ánh sáng, vì chúng được tạo bởi hòa hai chùm ánh sáng màu sơ cấp (primary) Nếu hòa cả 3 chùm ánh sáng sơ cấp R, G, B với nhau ta được ánh sáng trắng Đó là quy luật cộng màu

Trong màu hóa chất như mực in, phẩm nhuộm, sơn thì ngược lại: Ba màu sơ cấp là tím hồng (Magenta - M), da trời (Cyan - C), và vàng (Yellow - Y)

Hình 8: Quy luật trừ màu trong hệ màu CMYK

+ Tím hồng (M) hòa da trời (C) cho xanh (Blue - B)

+ Da trời (C) hòa với vàng (Y) cho lục (Green - G)

+ Vàng (Y) hòa với tím hồng (M) cho đỏ (Red - R)

Như vậy, trong màu hóa chất thì đỏ, lục và lam lại là 3 màu thứ cấp Hòa 3 màu sơ cấp hóa chất M, C, Y với nhau vể mặt nguyên tắc ta được màu đen Nhưng vì các màu hóa chất không tuyệt đối tinh khiết, nên vẫn cần có màu đen riêng Vì thế, trong in ấn, chỉ cần 4 màu da trời (C) tím hồng (M) vàng (Y) đen(K) (trong đó K = key, tức màu đen), là in ra được tất cả các màu, trừ màu trắng (là màu của giấy)

Tại sao màu hóa chất lại tuân theo quy luật trừ màu? Đó là bởi vì vật chất bản thân nó không có màu sắc (trừ những vật tự phát sáng) mà chỉ tán xạ và hấp thụ các bước sóng ánh sáng đơn sắc trong ánh sáng chiếu vào nó Một vật có màu đỏ là vì khi ánh sáng trắng chiếu vào nó, nó hấp thụ các ánh sáng lục và lam, chỉ phản chiếu ánh sáng đỏ vào mắt ta Một vật có màu đen khi hấp thụ tất cả ánh sáng chiếu vào nó Một vật có màu trắng vì nó phản xạ tất cả các bước sóng ánh sáng

Hình 9: Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (vàng+xanh)

Hình 10: Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (đỏ+lục)

• Lựa chọn quy luật pha màu cho đề tài

Trên thực tế các hạt màu trong màu sơn không phải là các màu sơ cấp lý tưởng Vì thế bảng pha màu (hay vòng tròn màu sắc) chỉ có tác dụng định hướng Chỉ các hãng sản xuất sơn mới nghiên cứu và thực sự hiểu màu pha trộn với nhau như thế nào để tạo thành màu khác, dựa trên kinh nghiệm của các chuyên gia và tự tạo ra được một công thức pha màu sơn cho riêng mình

Trong đề tài, em áp dụng nguyên tắc pha màu tuân theo quy tắc trừ màu và chọn 3 màu sơ cấp (Primary, hay còn gọi là màu chính, màu cơ bản, màu bậc nhất) là đỏ (Red – R), vàng (Yellow – Y) và xanh (Blue – B) Từ đó có thể pha ra các màu khác (trừ đen và trắng – không màu nào pha trộn ra nó)

Như vậy 3 màu thứ cấp là: đỏ (red), vàng (yellow), xanh (blue)

Trộn màu sơ cấp với màu thứ cấp cạnh nó thì được màu tam cấp (Tertiary)

Hình 11: Ba màu cơ bản trên bánh xe màu

Hình 12: Nguyên tắc pha trừ màu với 3 màu sơ cấp RYB

Màu sơn sơ cấp: Màu đỏ, màu xanh và màu vàng được gọi là màu chính Không giống như màu thứ cấp, bậc ba và bậc bốn, màu sơn chính không thể được "tạo ra" bằng cách trộn bất kì màu nào với nhau Ba màu cơ bản này bắt nguồn cho các màu của phần còn lại mà bạn nhìn thấy trên bánh xe màu

Màu sơn thứ cấp: Ngoài ra còn có 3 màu sơn thứ cấp trên một bánh xe màu Chúng được tạo ra khi bạn kết hợp 2 màu chính với nhau với số lượng bằng nhau

Hình 13: Ví dụ các màu thứ cấp

Màu trung gian: 6 màu còn lại bạn nhìn thấy trên một bánh xe màu điển hình được gọi là màu sơn trung gian Chúng được sản xuất bằng cách trộn một màu chính với một màu thứ cấp liền kề

Hình 14: Ví dụ về các màu trung gian

• Các cách pha màu cho đề tài

Pha trộn màu sơ cấp để tạo thành màu thứ cấp: Có 3 màu sơ cấp: đỏ, xanh dương và vàng Các màu này không thể được “tạo ra” bằng cách pha trộn các màu vẽ khác Tuy nhiên, chúng có thể pha trộn với nhau để tạo thành 3 màu thứ cấp: đỏ pha xanh dương tạo thành màu tím, xanh dương pha vàng sẽ thành màu xanh lá và đỏ pha vàng sẽ cho ra màu cam

Tìm hiểu hệ thống trộn sơn sử dụng PLC

PLC là viết tắt tiếng Anh của từ Programmable Logic Controller – Bộ điều khiển logic khả trình Nó cho phép thực hiện linh hoạt các giải pháp điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình, để thực hiện hàng loạt các sự kiện tùy theo yêu cầu của quá trình sản xuất và dễ dàng thay đổi nhiệm vụ bằng cách thay đổi chương trình bên trong bộ nhớ

• Ưu điểm của hệ thống sử dụng PLC

- Thích ứng với nhiều nhiệm vụ điều khiển khác nhau

- Khả năng thay đổi chương trình linh hoạt

- Dễ dàng kiểm tra sửa lỗi chương trình

- Khả năng truyền thông và điều khiển giám sát từ xa…

Hình 15: Kết nối cứng dùng relay và timer so với hệ sử dung PLC

• Ứng dụng: PLC ngày càng được sử dụng nhiều và rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, nhất là trong các ngành công nghiệp như:

- Điều khiển các quy trình sản xuất: bia, xi măng, nước giải khát…

- Điều khiển nâng, hạ thang máy

- Điều khiển, giám sát các thiết bị trong lò nung

Hình 16:Một số ứng dụng của PLC trong công nghiệp

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)

Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC

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 và TCP/IP Ngoài ra có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232

Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens

Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI

Hình 17:Tổng quan về PLC S7-1200

1: Bộ phận kết nối nguồn

2: Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che) 2: Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên

3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

4: Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

Các module CPU PLC S7-1200: Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau

Bảng 1: Thông số kỹ thuật các module CPU PLC S7 1200

Compact CPU 1211C, 25kb integral PROGRAM/DATA MEMORY, 1MB loading memory execution times for boolean operation: 0.1às; intergral I/Os: 6 digital input; 4 digital output,

2 analog inputs; expandable with up to

3 communication modules and 1 signal board; digital inputs as HSC with 100kHz, 24DC digtial outputs can be used as PTO or PWM with 100kHz

1MB loading memory; execution times for booleam operations: 0.1às; intergral I/Os: 8 digital input; 6 digital output, 2 analog inputs; expandable with up to 3 communication modules,

2 signal modules and 1 signal board; digital inputs can be used as HSC with 100kHz, 24DC digtial outputs as PTO or PWM with 100kHz

Compact CPU 1214c, 50kb integral PROGRAM/DATA MEMORY, 2MB loading memory; execution times for booleam operations: 0.1às; intergral I/Os: 14 digital input; 10 digital output, 2 analog inputs; expandable with up to 3 communication modules,

8 signal modules and 1 signal board; digital inputs can be used as HSC with 100kHz, 24DC digtial outputs as PTO or PWM with 100kHz

SIMATIC S7-1200, CPU 1215C, compact CPU, AC/DC/RELAY, 2 profitnet port, I/O: 14 DI 24V DC; 10

Bảng 2: Các module hỗ trợ PLC S7-1200

Module Ngõ vào Ngõ ra Kết hợp I/O

16 x DC In / 16 x DC Out16 x DC In / 16 x Relay Out

Kiểu số – – 2 x DC In / 2 x DC Out

Bảng 3: Tín hiệu sử dụng cho PLC S7-1200

2 inputs, DC 24v, IEC type 1, current sinking; 2 transistor output

DC 24V, 0.5A, 5W; can be used as additional HSC with up to 30kHz

SB 1232 AQ 1 analog outputs 1 analog output, ± 10v with 12 bits or 0 to 20 mA with 11 bits

Bảng 4: Module tín hiệu sử dụng cho S7-1200

AO 0-20MA DC, Power suppy: AC

85 – 264 V AC AT 47 – 63 HZ, Program/Data Memory: 100 KB

8 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 8 relay outputs DC 5 to 30V /

8 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 8 transistor outputs DC 24V 0.5A, 5W

8 inputs DC 24V IEC type 1, current sinking

16 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 16 relay outputs DC 5 to 30V /

16 inputs, DC 24V, IEC type 1, current sinking; 16 transistor outputs DC 24V 0.5A, 5W

16 inputs DC 24V IEC type 1, current sinking

2 analog output, ± 10V, 14 bits or 0 to

SM 1231 4 x analog inputs 4 analog inputs ± 10V, ±5V, ±2,5V or

2 analog output, ±10V, 14 bits or 0 to

Bảng 5: Các module truyền thông sử dụng cho S7-1200

CM 1241 RS 485 RS 485 point-to-point communication module

CM 1241 RS 232 RS 232 point-to-point communication module

- Lưu trữ dữ liệu, các vùng nhớ và thanh ghi địa chỉ PLC S7-1200

CPU cung cấp một số các tùy chọn dành cho việc lưu trữ dữ liệu trong suốt sự thực thi chương trình người dùng

Global memory (bộ nhớ toàn cục): CPU cung cấp nhiều vùng nhớ chuyên môn hóa, bao gồm các ngõ vào (I), các ngõ ra (Q) và bộ nhớ (M) Bộ nhớ này là có thể truy xuất bởi tất cả các khối mã mà không có sự hạn chế nào

Data block (DB – khối dữ liệu): Ta có thể bao gồm các DB trong chương trình người dùng để lưu trữ dữ liệu cho các khối mã Dữ liệu được lưu trữ vẫn duy trì khi sự thực thi của một khối mã có liên quan dần kết thúc

Temp memory (bộ nhớ tạm thời): Khi một khối mã được gọi, hệ điều hành của CPU phân bổ bộ nhớ tạm thời hay cục bộ (L) để sử dụng trong suốt sự thực thi của khối Khi sự thực thi của khối hoàn thành, CPU sẽ phân bổ lại bộ nhớ cục bộ dành cho việc thực thi các khối mã khác

Mỗi vị trí bộ nhớ khác nhau có một địa chỉ đơn nhất Chương trình người dùng sử dụng các địa chỉ này để truy xuất thông tin trong vị trí bộ nhớ

Bảng 6: Các vùng nhớ PLC S7-1200

Mỗi vùng nhớ khác nhau có một địa chỉ đơn nhất Chương trình người dùng sử dụng các địa chỉ này để truy xuất thông tin trong vị trí bộ nhớ Hình dưới đây thể hiện cách thức truy xuất một  (còn được gọi là ghi địa chỉ “byte.bit”) Trong ví dụ này, vùng bộ nhớ và địa chỉ

 (I = ngõ vào và 3 =  3) được theo sau bởi một dấu chấm (“.”) để ngăn cách địa chỉ bit (bit 4)

Hình 18:Cách thức truy xuất 1bit trong PLC S7-1200

A Bộ định danh vùng nhớ

D Vị trí  của  ( 4 trong số 8 )

Ta có thể truy xuất dữ liệu trong hầu hết các vùng bộ nhớ (I, Q, M, DB và L) gồm các kiểu Byte, Word, hay Double Word bằng cách sử dụng định dạng “byte address” Để truy xuất một dữ liệu Byte, Word, hay Double Word trong bộ nhớ, ta phải xác định địa chỉ theo cách giống như xác định địa chỉ cho một  Điều này bao gồm một bộ định danh vùng, ký hiệu kích thước dữ liệu, và địa chỉ  bắt đầu của giá trị Byte, Word, hay Double Word Các ký hiệu kích thước là B (Byte), W (Word) và D (Double Word), ví dụ IB0, MW20 hay QD8 Các tham chiếu như là I0.3 và Q1.7 sẽ truy xuất ảnh tiến trình Để truy xuất ngõ vào hay ngõ ra vật lý, ta cộng thêm tham chiếu với ký tự “:P” (như là I0.3:P, Q1.7:P hay “Stop:P”)

• Giới thiệu về phần mềm lập trình cho PLC S7-1200] Để thực hiện viết code cho PLC S7 – 1200 ta cần có phần mềm chuyên dụng là TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal)

Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng lẻ Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7 để lập trình các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu của khách hàng trên toàn thế giới Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lập trình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền thông

Truyền thông Modbus

Giao thức Modbus do Modicon, Incorporated (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát triển năm 1979; dành cho các hệ thống tự động hóa công nghiệp và bộ điều khiển lập trình Modicon

Modbus là một phương thức được sử dụng để truyền thông tin qua các đường nối tiếp giữa các thiết bị điện tử Thiết bị yêu cầu thông tin được gọi là Modbus Master và thiết bị cung cấp thông tin là Modbus Slaves

Trong mạng Modbus tiêu chuẩn thường có 1 Master và tối đa 247 Slaves; mỗi Slave có 1 địa chỉ Slave duy nhất từ 1 đến 247 Master cũng có thể viết thông tin cho Slaves

2.3.2 Mô tả giao thức Modbus

Giao thức MODBUS định nghĩa một bộ dữ liệu giao thức đơn giản (PDU - protocol data unit) độc lập với các lớp truyền thông bên dưới Việc ánh xạ giao thức MODBUS trên các bus hoặc network cụ thể có thể đưa vào một số trường bổ sung trên bộ dữ liệu ứng dụng (ADU

Hình 36: Cấu trúc chung của Modbus

Bộ dữ liệu ứng dụng MODBUS được xây dựng bởi client mà khởi tạo giao dịch MODBUS Hàm chỉ ra cho máy chủ loại hành động cần thực hiện Giao thức ứng dụng MODBUS thiết lập định dạng của yêu cầu do client khởi tạo

Trường mã hàm của một bộ dữ liệu MODBUS được mã hóa bằng một byte Mã hợp lệ nằm trong phạm vi 1 255 decimal (phạm vi 128 - 255 được dành riêng và được sử dụng cho các phản hồi ngoại lệ) Khi một tin nhắn được gửi từ Client đến thiết bị Server, trường mã hàm sẽ cho máy chủ biết loại hành động nào sẽ thực hiện Mã hàm "0" là không hợp lệ

Mã hàm phụ được thêm vào một số mã hàm để xác định nhiều hành động Trường dữ liệu của thông điệp được gửi từ một client đến thiết bị máy chủ chứa thông tin bổ sung mà máy chủ sử dụng để thực hiện hành động được xác định bởi mã hàm Điều này có thể bao gồm các hạng mục rời rạc và các địa chỉ thanh ghi, số lượng các mục cần xử lý và số byte dữ liệu thực tế trong trường

Trường dữ liệu có thể không tồn tại (có độ dài bằng không) trong một số loại yêu cầu nhất định, trong trường hợp này, máy chủ không yêu cầu bất kỳ thông tin bổ sung nào Mã hàm chỉ định hành động đơn độc

Hình 37: Giao tiếp giữa Server và Client trong Mobus

Nếu không có lỗi xảy ra liên quan đến mã MODBUS được yêu cầu trong một MODBUS ADU được nhận một cách đúng đắn, thì trường dữ liệu của một phản hồi từ một máy chủ đến một máy khách sẽ chứa dữ liệu được yêu cầu Nếu xảy ra lỗi liên quan đến mã MODBUS được yêu cầu, trường chứa mã ngoại lệ mà ứng dụng máy chủ có thể sử dụng để xác định hành động tiếp theo sẽ được thực hiện

Ví dụ, máy khách có thể đọc trạng thái ON/OFF của một nhóm đầu ra hoặc đầu vào riêng biệt hoặc nó có thể đọc/ghi nội dung dữ liệu của một nhóm các thanh ghi

Khi máy chủ trả lời máy khách, nó sử dụng trường mã hàm để chỉ ra phản hồi bình thường (không có lỗi) hoặc một số loại lỗi xảy ra (được gọi là phản hồi ngoại lệ) Đối với một phản hồi bình thường, máy chủ chỉ cần lặp lại yêu cầu mã hàm ban đầu

Hiện nay, có 3 chuẩn modbus được sử dụng phổ biến trong công nghiệp – tự động hóa là: Modbus RTU, Modbus TCP, Modbus ASCII

Trong chuẩn Modbus RTU, các dữ liệu được mã hóa theo hệ nhị phân Đây là chuẩn lý tưởng cho truyền thông RS232, RS485 đa điểm, tốc độ từ 1200 baud đến 19200 baud Trong đó phổ biến nhất là 9600 baud Chuẩn này được sử dụng phổ biến nhất trong công nghiệp như ứng dụng: BMS, điện lực… Một bản tin trong Modbus RTU gồm: 1 byte địa chỉ; 1 byte mã hàm; n byte dữ liệu; 2 byte CRC

Hình 38: Ví dụ Modbus RTU

Trong chuẩn này, các thông điệp được mã hóa bằng mã hexadecimal Sử dụng 4 bit để mã hóa thông điệp Mỗi byte thông điệp cần đến 2 byte để truyền thông nên chuẩn này có tốc độ thấp hơn so với Mobus RTU Do đó, trong công nghiệp không sử dụng đến chuẩn này mà phần lớn sử dụng RTU hoặc TCP

Hình 39: Ví dụ Modbus Ascii

Modbus TCP đơn giản chỉ là giao thức modbus được truyền thông qua Ethernet Các thiết bị slave và master sử dụng địa chỉ IP để nhận dạng và giao tiếp với nhau Trong chuẩn này

54 dữ liệu được mã hóa trong một gói tin TCP/IP Do đó, ngày nay chuẩn này ngày càng được sử dụng phổ biến

Hình 40: Ví dụ Modbus TCP

LỰA CHỌN THIẾT BỊ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG

Yêu cầu và quy trình hoạt động của hệ thống

- Phần cơ khí của mô hình cần được thiết kế với độ chắc chắn, ổn định và chính xác cao, nhằm hạn chế tối đa việc xảy ra lỗi trong quá trình vận hành

Hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp lon tự động gồm 4 khâu chính:

+ Khâu cấp lon: Lon được đặt trong 1 ống hình hộp chữ nhật, cơ cấu cấp lon được thực hiện bởi 1 xylanh đẩy

+ Khâu chiết rót: 4 cảm biến lưu lượng đọc xung tốc độ cao và 4 van điện từ đảm nhiệm việc rót sơn vào lon theo đúng với tỉ lệ màu Mực nước sơn trong bể được đo bởi 4 cảm biến siêu âm

+ Khâu trộn sơn: Gồm 1 động cơ đưa cơ cấu trộn đến vị trí trên lon Cơ cấu trộn gồm 1 xy lanh đưa động cơ có lắp cánh quạt để khuấy trộn sơn lên xuống

+ Khâu đóng nắp: 1 xylanh chân không hút nắp, 1 xylanh đưa nắp theo phương thẳng đứng,

1 xylanh di chuyển theo phương ngang và 1 xylanh đập nắp

- Phần điện của mô hình: Nguồn điện của mô hình gồm 3 loại nguồn chính là nguồn điện xoay chiều 220V cung cấp cho PLC và các cục nguồn khác, nguồn 9V cấp nguồn cho board Arduino và switch chia mạng Nguồn điện một chiều 24V các cảm biến, các đèn báo, buzzer, các van khí nén, động cơ DC

- Phần thiết kế điện phải thật hợp lý, an toàn, việc kết nối diễn ra một cách chính xác Phần tủ điện của mô hình phải được thiết kế sao cho gọn gàng, ngăn nắp, dễ vận hành, bảo trì, sửa chữa một cách dễ dàng

- Phần giao diện SCADA: gồm 4 màn hình: Một màn hình chính đăng nhập, một màn hình chọn màu sơn và số lượng, một màn hình cho phép thêm màu sơn mới và một màn hình vận hành gồm các nút nhấn điều khiển, hiện thị số lượng lon hiện tại và thể tích 4 bể sơn

3.1.2 Quy trình vận hành của hệ thống

Khi cấp điện cho mô hình cảm biến phát hiện lon và nắp hoạt động, kiểm tra đã có lon hay nắp chưa Nếu chưa có lon thì hệ thống chưa hoạt động Chưa có nắp thì hệ thống phát cảnh báo lên màn hình WinCC, hệ thống vẫn hoạt động đến khâu đóng nắp thì dừng chờ bổ sung nắp

Kiểm tra mực sơn của 4 bể sơn nếu mực sơn mức cảnh báo thì màn hình cảnh báo lỗi WinCC thì phát tín hiệu cảnh báo màu vàng cảnh báo Nếu dưới mức cảnh báo màn hình sẽ báo đỏ cảnh báo lỗi

Nếu không có lỗi thì sẽ nhập thể tích cần chiết rót, nhập mã màu sơn cần chiết rót và nhập số lượng cần chiết rót

Khi nhấn Start hệ thống bắt đầu hoạt động, xi lanh X1 đẩy lon khỏi khu vực đựng lon vào băng tải, băng tải bắt đầu hoạt động

Khi đến cảm biến 2 băng tải dừng hoạt động, quá trình chiết rót bắt đầu, khi chiết rót xong băng tải hoạt động đưa lon đã chiết rót đến khu vực khuấy trộn Động cơ của đẩy ray trượt trượt thuận tới vị trí trộn, Xi lanh X2 đấy ra đưa động cơ trộn vào trộn sơn trong lon, sau đó xi lanh X2 thu lại Động cơ đẩy ray trượt trượt nghịch tới vị trí lấy mẫu sau đó xi lanh X2 đẩy ra và thu lại Sau đó động cơ đẩy ray trượt trượt nghịch cho đến khi đụng cảm biến 6 thì dừng lại xi lanh X2 đẩy ra động cơ khuấy trộn quay rửa cánh trộn

Nhấn xác nhận để mô hình hoạt động tiếp, băng tải đưa lon đã trộn đến khu vực đóng nắp, đến cảm biến 4 thì băng tải dừng lại

Xi lanh X7 chạy hết hành trình chặn nắp, xi lanh X8 đẩy nắp ra vị trí hút sau đó thu lại, van hút chân không hút nắp, xi lanh X3 đẩy hết hành trình xi lanh X4 đẩy hết hành trình, van hút chân không dừng hút Sau đó xi lanh X3, X4 thu lại xi lanh X5 đẩy hết hành trình, sau đó xi lanh X6 đẩy hết hành trình để đập nắp lon xuống băng tải hoạt động đưa sản phẩm về cuối băng tải Đếm đủ số lượng thì kết thúc chờ lệnh mới

Nhấn nút Stop thì không cấp lon mới chỉ chạy hết lon trên băng tải rồi kết thúc chương trình

Nhấn nút EMO thì hệ thống dừng lại, tất cả cơ cấu được trả về trạng thái ban đầu

Lựa chọn Thiết bị sử dụng trong mô hình

Dựa trên cơ sở tính toán giải thuật chiết rót – chọn cảm biến lưu lượng sau

- Tên cảm biến : cảm biến lưu lượng YF – S201

- Mục đích : đo lượng sơn chảy xuống khâu chiết rót

Hình 41: Hoạt động của cảm biến lưu lượng

- Tính năng : bên trong có cảm biến hall Khi nước chảy qua cảm biến làm quay con quay dẫn đến sự thay đổi của cảm biến hall , đầu ra tín hiệu xung

+ Điện áp làm việc từ 5v-24vdc

+ Dòng điện làm việc tối đa : 15mA đối với 5v

+ Giới hạn lưu lượng : 1-30L/ phút

+ Nhiệt độ làm việc từ 0-80 độ C

+ Tín hiệu ngõ ra dạng NPN

Hình 42: Cảm biến lưu lượng YF-S201

Dây vàng: Tín hiệu của cảm biến Hall

+ Tần số đầu ra của tín hiệu F = 7.5 x Q

Trong đó Q : lưu lượng nước

F : tần số tín hiệu đầu ra

Ví dụ: 2.5L nước sẽ có công thức: 2.5x7.5x60 = 1125 xung => 1 xung = 2.22ml Như vậy để chiết rót 220ml sơn cần 100 xung với sai số 99.1%

❖ Khi chọn cùng mã màu khi pha ra nhiều thể tích thì màu sắc giữa các lần là đồng nhất Khi so sánh những lần pha màu giữa các màu khác nhau sẽ có sự chênh lệch về thể tích nhưng không đáng kể

+ Khi chọn mã màu 4 (50% đỏ, 50% vàng) Vậy số xung mỗi màu là 25 xung Tổng xung 2 màu là 50 xung (tương đương 112.5 ml)

+ Khi chọn mã màu 13 (63% vàng, 37% xanh) Vậy số xung vàng là 31.5 và số xung xanh là 18.5 xung Nhưng trong quá trình chạy, số xung không thể là số thập phân nên được làm tròn lên Theo thuật toán của nhóm đề ra, cảm biến lưu lượng sẽ cho van xanh đếm đến 18 xung và van vàng đếm 31 xung 0.5 xung còn lại sẽ quy đổi thành thời gian theo lưu lượng dòng chảy Với 1 xung = 2.22ml vậy 0.5 xung = 1.11ml Tốc độ dòng chảy là 42ml/s Vậy 0.5 xung sẽ tương đương với thời gian mở thêm van là 0.012s = 26ms sau khi đủ xung Với thuật toán này sẽ giảm sai số cho phần xung lẻ

Vậy tổng số xung 2 màu sau khi làm tròn là 31 +18 = 49 xung (Tương đương 108.78ml) Thời gian mở thêm van cho xung lẻ là 2 x 12ms = 24ms tương đương 2.22ml

Tổng thể tích chiết rót: 108.78 + 2.22 = 111 ml

- Tên thiết bị: Van điện từ nước UNI-D UW15

- Mục đích: Đóng ngắt van chảy sơn ở khâu chiết rót

+ Nhiệt độ thiết kế: 5 đến 80°c

+ Áp suất làm việc: 0 đến 7kgf/cm²

+ Chất liệu: Đồng thau, inox 304

+ Kiểu kết nối với đường ống: Kiểu ren

+ Kiểu tác động: Tác động trực tiếp

+ Trạng thái của van: Van thường đóng

+ Nguồn điện sử dụng: 24vdc

Hình 43: Van điện từ nước UNI-D UW15

- Tên cảm biến Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4

- Mục đích: Nhận biết vị trí của lon, dừng băng tải khi cảm biến phát hiện lon đã đến vị trí của các khâu

- Tính năng: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân output khi sử dụng

+ Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC

+ Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm

+ Dòng kích ngõ ra: 300mA

Hình 44: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4

Dây đen: Tín hiệu ra

- Tên thiết bị: Cảm biến siêu âm HC-SR04

- Mục đích: Đo khoảng cách mực sơn chứa trong bể và truyền tín hiệu cho vi điều khiển Arduino UNO

- Tính năng :Cảm biến siêu âm sử dụng nguyên lý phản xạ sóng siêu âm Cảm biến gồm 2 module: 1 module phát ra sóng siêu âm và 1 module thu sóng siêu âm phản xạ về Đầu tiên

61 cảm biến sẽ phát ra 1 sóng siêu âm với tần số 40khz Nếu có chướng ngại vật trên đường đi, sóng siêu âm sẽ phản xạ lại và tác động lên module nhận sóng Bằng cách đo thời gian từ lúc phát đến lúc nhận sóng ta sẽ tính được khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật

Khoảng cách = (thời gian * vận tốc âm thanh (340 m/s)) / 2

Kết nối: VCC (5V), trig (chân điều khiển phát), echo (chân nhận tín hiệu phản hồi), GND

Hình 45: Cảm biến siêu âm HC-SR04

- Tên thiết bị: Van điện từ Airtac 4V210-08 (Van 5/2)

- Mục đích: dùng để đóng mở đường dẫn của khí nén và điều chỉnh hướng của khí nén, từ đó điều khiển hoạt động của xylanh dập nắp

+ kích thước cổng xả: 1/8" (ren 9.6)

+ Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa

+ Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí (1 đầu coil điện)

+ Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)

+ Dòng series 4V200 có 3 loại như sau:

Hình 46: Van điện từ Airtac 4V210-08

3.2.6 Van tạo áp suất âm

Hình 47: Hình ảnh van tạo áp suất âm

+ Kích cỡ sản phẩm: 1/8 inch, 1/4 inch, 3/8 inch, 1/2 inch, 3/4 inch,…

+ Chất liệu: nhựa cao cấp, hợp kim nhôm

+ Nhiệt độ làm việc: 0 độ C đến 60 độ C

+ Áp suất làm việc: 0-5 bar,…

+ Môi trường lưu chất: khí nén

Mục đích sử dung : để hút nắp lon

Aruduino Uno là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chip ATmega 168 hoặc ATmega 328 Cấu trúc chung bao gồm:

- 14 chân vào ra bằng tín hiệu số, trong đó có 6 chân có thể dử dụng để điều chế độ rộng xung

- Có 6 chân đầu vào tín hiệu tương tự cho phép chúng ta kết nối với các bộ cẩm biến bên ngoài để thu thập số liệu

- Sử dụng một dao động thạch anh tần số dao động 16Mhz

- Có 1 cổng kết nối bằng chuẩn USB để chúng ta nạp chương trình vào bo mạch và một chân cấp nguồn cho mạch, một nút reset

- Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển, nguồn cung cấp cho Arduino có thể là từ máy tính thông qua cổng USB hoặc là từ bộ nguồn chuyên dụng được biến đổi từ xoay chiều thành một chiều hoặc là nguồn lấy từ pin

Hình 48: hình ảnh board Arduino UNO R3

Bảng 7: Thông số kỹ thuật board Arduino UNO R3

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Tần số hoạt động 16 MHz

Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân

Dòng ra tối đa (5V) 500 mA

Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA

Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader

− Tên thiết bị: SHIELD ETHERNET W5100 ARDUINO

− Mục đích: Thực hiện truyền dữ liệu từ arduino qua PLC S7-1200 của hãng Simens thông qua giao thức modbus TCP/IP

− Tính năng: Shiel Ethernet W5100 Arduino có IC điều khiển W5100 trên có thể thực hiện truyền dữ liệu thông qua 2 giao thức là TCP và UDP Số đường truyền dữ liệu song song tối đa là 4 Khả năng truyền song song cùng lúc 4 luồng dữ liệu giúp board có khả năng nhận dữ liệu từ internet với tỉ lệ lỗi thấp hơn (nguyên nhân thường là do mất dữ liệu trên đường truyền hoặc do thời gian truyền vượt quá giới hạn - time out)

+ Để sử dụng phải có board mạch Arduino đi kèm

+ Hoạt động tại điện áp 5V (được cấp từ mạch Arduino)

+ Chip Ethernet: W5100 với buffer nội 16KB

+ Tốc độ kết nối: 10/100Mb

+ Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI

Hình 49: Hình ảnh SHIELD ETHERNET W5100 ARDUINO

3.2.9 PLC (Programmable Logic Controller) và module mở rộng

− Tên thiết bị: SIMATIC S7-1200, CPU 1214C AC/DC/RLY (compact CPU)

− Mục đích: Lưu trữ hệ điều hành, chương trình ứng dụng, là nơi diễn ra quá trình tính toán xử lý thông tin theo thuật toán điều khiển đã được cài đặt bởi người lập trình

+ 14 ngõ vào số, 10 ngõ ra số

+ 2 ngõ vào Analog, 0 ngõ ra tương tự

+ Có thể mở rộng thêm 8 module tín hiệu SM

Hình 50: Hình ảnh PLC S7-1200 1214c AC/DC/RLY

Tên thiết bị: Mô đun SIMATIC S7-1200 DIGITAL outout SM 1222 /8DO 24V (6ES7222- 1HF32-0XB0 – Module SM 1222 8 DO relay 2A)

- Mục đích: Mở rộng ngõ ra để đáp ứng nhu cầu sử dụng của hệ thống

Hình 51: Hình ảnh module sm1222

Tên thiết bị: Bộ nguồn Meanwell LRS-150-24 (156W/24V/6.5A)

Mục đích: Chuyển nguồn xoay chiều thành nguồn 1 chiều để cung cấp cho CPU và các module mở rộng và các cảm biến

+ Điện áp ngõ ra DC: 24V

+ Điện áp ngõ vào AC: 85~264VAC

Hình 52: Hình ảnh sản phẩm bộ nguồn meanwell LRS-150-24

3.2.11 Thiết bị mở rộng hệ thống mạng

Tên thiết bị: Switch port Tenda 100m

Mục đích: cho phép các thiết bị kết nối với nhau qua mạng Ethernet

- Tốc độ kết nối: 100Mbps

- Chuẩn giao tiếp: IEEE 802.3, IEEE 802.3u, IEE 802.3x

- Phương pháp truyền dẫn (Transmission Method): Store and Forward

- Giao thức bảo mật: CSMA/CD

- Giao thức Routing/Fire: TCP/IP

Thi công phần hệ thống

Mô hình được thiết kế trên phần mềm solidwork:

Hình 54: Mặt TOP mô hình phần khung

Hình 55: Mặt Front mô hình phần khung

Hình 56: Hình 3D tổng quan của phần khung mô hình

3.3.2.Thi công phần cứng của hệ thống

Bộ phận cấp lon được thiết kế đơn giản nhằm tối ưu chi phí nên nhóm đã thiết kế ống hình hộp chữ nhật chữ nhật làm nơi đựng lon, xilanh XL1 để đẩy lon ra ngoài băng tải và 1 cảm biến tiệm cận mục đích để phát hiện lon

Hình 57: Hình ảnh bộ phận cấp lon

Bộ phận chiếc rót bao gồm

− Cảm biến hồng ngoài: phát hiện lon đến vị trí chiếc rót

− 4 cụm van điện từ và cảm biến lưu lượng: dùng để chiết rót 4 màu trên bể chứa

Hình 58: Hình ảnh bộ phận chiết rót

Bộ phận khuấy trộn bao gồm

− Khối ray trượt hành trình: kéo động cơ trộn

− Cảm biến tiệm cận: phát hiện khối trộn về vị trí Home

− Xilanh XL2: đẩy động cơ trộn xuống các vị trí trộn, kiểm màu và rửa đầu trộn

− Khu kiểm màu: kiểm tra màu sắc để xác nhận tiếp tục đến khâu tiếp theo

− Lon chứa nước: để rửa đầu trộn

Hình 59: Hình ảnh bộ phận khuấy trộn và kiểm thử màu

Bộ phận đóng nắp bao gồm:

− Cảm biến hồng ngoại: phát hiện lon tới khu vực đóng nắp

− Cảm biến tiệm cân: phát hiện nắp

− Vạn hút: hút nắp lon

− Xilanh XL8: đẩy nắp lon ra vị trí hút

− Xilanh XL4: đẩu đầu hút đến vị trí hút nắp lon

− Xilanh XL3: đưa nắp lon đã được hút đến lon cần đóng nắp

− Xilanh XL5: đưa bộ phận đóng nắp đến vị trí lọn

− Xilanh XL6: dập nắp lon

Hình 60: Hình ảnh bộ phận đóng nắp

Thi công phần điện của hệ thống

Bảng 8: Địa chỉ ngõ vào/ra PLC và ký hiệu các thiết bị sử dụng trên sơ đồ

Module Địa chỉ Ký hiệu Thiết bị Relay điều khiển

I0.0 S1 Cảm biến lưu lượng 1 (đỏ) I0.1 S2 Cảm biến lưu lượng 2 ( vàng) I0.2 S3 Cảm biến lưu lượng 3 (trắng) I0.3 S4 Cảm biến lưu lượng 4 (xanh)

I0.7 Cb1 Cảm biến phát hiện lon I1.0 Cb2 Cảm biến phát hiện lon I1.1 Cb3 Cảm biến phát hiện lon I1.2 Cb4 Cảm biến phát hiện lon I1.3 Cb5 Cảm biến phát hiện nắp

I1.4 Cb6 Cảm biến home của cơ cấu trượt

Q0.0 V1 Van điện từ nước đỏ Relay 1

Q0.1 V2 Van điện từ nước vàng Relay 1

Q0.2 V3 Van điện từ nước trắng Relay 1

Q0.3 V4 Van điện từ nước xanh Relay 1

Q0.4 M1 Động cơ băng tải chính Relay 2

Q0.5 M2 Động cơ trộn sơn Relay 2

Q1.0 M2.1 Động cơ kéo khối trộn sơn quay nghịch Relay 3

Q1.1 M3 Động cơ kéo khối trộn sơn quay thuận Relay 3

Bảng 9: Địa chỉ ngõ vào/ra PLC và ký hiệu các thiết bị sử dụng trên sơ đồ

Module Địa chỉ Ký hiệu Thiết bị Relay điều khiển

Q8.0 XL1 Van điện từ XL1

Q8.1 XL2 Van điện từ XL2

Q8.2 XL3 Van điện từ XL3

Q8.3 XL4 Van điện từ XL4

Q8.4 XL5 Van điện từ XL5

Q8.5 XL6 Van điện từ XL6

Q8.6 XL7 Van điện từ XL7

❖ Sơ đồ nối dây PLC

Hình 61: Sơ đồ kết nối của module PLC S7-1200 1412 AC/DC/RLY

Hình 62: Sơ đồ kết nối của module SM 1222 RLY

❖ Kết nối giữa cảm biến siêu âm và arduino

Hình 63: Hình ảnh kết nối thực tế giữa UNO và cảm biến siêu âm

Hình 64: Sơ đồ bố trí tủ điện

Hình 65: Hình ảnh bên ngoài của tủ điện

Hình 66: Hình ảnh bên trong của tủ điện

Hình 67: Hình ảnh tổng thể của mô hình

Thiết kế chương trình điều khiển

KẾT QUẢ THỰC HIỆN

Kết quả đề tài

4.1.1 Giao tiếp giữa Arduino với PLC

Xây dựng mô hình truyền thông Modbus TCP/ IP để truyền dữ liệu giữa PLC S7- 1200 và vi xử lý Arduino UNO R3

- Arduino UNO: đóng vai trò là Server, có nhiệm vụ đọc giá trị từ cảm biến siêu âm HC- SR04 để tính thể tích mực sơn của từng bể và truyền dữ liệu cho Client

- PLC S7 1200: đóng vai trò là Client, đọc giá trị dữ liệu từ Server truyền sang

Hình 68: Hình ảnh kết quả mực nước được truyền thông giữa Arduino với PLC trên màn hình HMI

❖ So sánh với kết quả thực nghiệm

- Kết quả truyền dữ liệu giữa PLC và Arduino là tương đối chính xác, đầy đủ dữ liệu

- Kết quả đo được thực tế tương đối trùng khớp với dữ liệu hiển thị trên giao diện

- Nguyên nhân sai số là vì dùng cảm biến siêu âm giá rẻ nên độ chính xác cũng như tính ổn định không cao

- Kết quả ở hình thực tế phía dưới của bể màu đỏ, vàng, trắng và xanh là trước lần lượt là 47, 44, 35 và 28 so với kết quả truyền là 47, 45, 37 và 30

Hình 69: Hình ảnh đo thực tế bể sơn màu đỏ

Hình 70: Hình ảnh đo thực tế bể sơn màu vàng

Hình 71: Hình ảnh đo thực tế bể sơn màu trắng

Hình 72: Hình ảnh đo thực tế bể sơn màu trắng

4.1.2 Phần giao diện điều khiển Wincc

Kết quả giao diện khi vận hành

Hình 73: Hình ảnh đăng nhập và màn hình home

Hình 74: Hình ảnh chọn mã màu, thể tích và số lượng lon

Hình 75: Hình ảnh màn hình thông số từng mã màu và cho phép thêm màu mới

Hình 76: Hình ảnh giao diện vận hành , thông báo lỗi và hiển thị mực sơn trong bể

Hình 77: Bảng lựa chọn màu

Ta thử nghiệm pha màu ở các ID màu 5,6,7,8

Hình 78: Hình ảnh thực tế khi pha ở các ID 5,6,7,8

Bảng 10: Thông số kết quả khi chạy thử nghiệm với thể tích chiết rót 110ml:

ID màu Tỉ lệ đóng nắp(%)

Thời gian sản xuất 1 lon

Thời gian sản xuất 2 lon

Thời gian sản xuất 3 lon

Thời gian sản xuất 5 lon

Bảng 11: Thông số kết quả khi chạy thử nghiệm với thể tích chiết rót 220ml:

ID màu Tỉ lệ đóng nắp(%)

Thời gian sản xuất 1 lon

Thời gian sản xuất 2 lon

Thời gian sản xuất 3 lon

Thời gian sản xuất 5 lon