MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 5 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRIẾT RÓT NƯỚC CAM VÀ ĐÓNG NẮP TỰ ĐỘNG 6 1.1. Tổng quan về dây chuyền chiết rót nước cam. 6 a) Dây truyền chiết rót và đóng nắp chai nước cam tự động. 6 b) Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam bằng chai nhựa. 8 c) Máy chiết rót nước cam dạng túi 10 d) Máy chiết rót nước cam dạng lon 11 1.2. ứng dụng: 13 CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ SỬ DỤNG 14 2.1. Băng tải 14 2.2. Động cơ băng tải 15 2.3 Xylanh 16 2.4 Nút nhấn, đèn báo 16 2.5. PLC S7-1500 18 2.6. Bơm lưu lượng 19 2.7. Cảm biến 19 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PLC VÀ GIAO ĐIỆN GIÁM SÁT WINCC 21 3.1 Giới thiệu S7-1500. 21 3.1.1 Giới thiệu chung. 21 3.1.2 Cấu trúc chung của PLC 21 3.2 PLC S7-1500 CPU 1512C-1 PN 22 3.2 .1 Giới thiệu chung 22 3.2.2 Kết nối 24 3.3 Phần mềm lập trình TIA Portal V16. 26 3.4 Giao diện giám sát WinCC 29 3.4.1 Giới thiệu chung 29 3.4.2 Chức năng của WinCC(HMI) 30 CHƯƠNG 4: SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI, LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH 34 4.1 Sơ đồ đấu nối hệ thống 34 4.2. Sơ đồ khối hệ thống 35 4.3. Nguyên lý hoạt động và lưu đồ thuật toán 35 4.3.1. Nguyên lý 35 4.4 Giao diện WinCC 37 4.5 Tag đầu vào, đầu ra 37 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm. 6 Hình 1.2. Hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động. 8 Hình 1.3. Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam bằng chai nhựa. 9 Hình 1.4. Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam dạng túi 10 Hình 1.5. Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam bằng lon 12 Hình 1.6. Máy triết rót tự động 13 Hình 2.1. Băng tải 14 Hình 2.2. Động cơ băng tải 15 Hình 2.3. Xylanh khí nén trục kép 16 Hình 2.4. Nút nhấn 17 Hình 2.5. Đèn báo 18 Hình 2.6. PLC S71500-1512C-1 PN 18 Hình 2.7. Máy bơm nước 19 Hình 2.8. Các loại cảm biến 20 Hình 3.1. Hình dáng thực tế của S7-1500/CPU 1512-1 PN 22 Hình 3.2. Mặt trước của CPU 1512-1 PN. 23 Hình 3.3. Chốt để khóa CPU 23 Hình 3.4. Mặt dưới bảng điều khiển của CPU 1512-1 PN 24 Hình 3.5. Mặt sau của CPU 1512-1 Pn 24 Hình 3.6. Kết nối nguồn cho CPU. 25 Hình 3.7. Sơ đồ khối của CPU. 25 Hình 3.8. Giao diện thiết kế trên WinCC 29 Hình 3.9. Màn hình WinCC 30 Hình 4.1. Sơ đồ đấu nối mạch cứng của hệ thống 34 Hình 4.2. Sơ đồ khối hệ thống 35 Hình 4.3. Giao diện thiết kế hệ thống chiết rót trên WinCC 37 Hình 4.4. Tag đầu vào hệ thống 38 Hình 4.5. Tag đầu ra hệ thống 38 Hình 4.6. Hệ thống chạy chế độ Auto 39 LỜI MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của thế giới và xu hướng hội nhập kinh tế quốc tế, đất nước ta đang đổi mới và bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vừa xây dựng cơ sở vật chất kỹ thuật, vừa phát triển nền kinh tế đất nước. Điều đó đòi hỏi phải nghiên cứu và áp dụng những dây chuyền, máy móc và thiết bị tiên tiến hiện đại, có khả năng tự động hóa cao để đưa công nghệ vào mọi lĩnh vực của cuộc sống. Trong đó ngành cơ khí tự động hóa đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình phát triển của đất nước. Để đáp ứng nhu cầu to lớn của việc phát triển ngành Cơ điện tử nói chung, đòi hỏi phải có đội ngũ cán bộ, nhân viên kỹ thuật có khả năng, đủ năng lực và trình độ chuyên môn để kịp thời giải quyết mọi vấn đề liên quan đến kỹ thuật cơ khí, điện-điện tử và kỹ thuật phần mềm. Từ những thực tế trên, là sinh viên của ngành Công Nghệ Tự Động Hóa, từ những kiến thức đã được học, Em đã lựa chọn đề tài: “Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm ứng dụng cho nhà máy sản xuất nước cam sử dụng PLC S7_1500 ”. Nội dung đề tài báo cáo của em gồm 4 chương: Chương 1: Giới thiệu hệ thống chiết rót nước cam và đóng nắp tự động. Chương 2: Thiết bị sử dụng trong hệ thống. Chương 3: Giới thiệu PLC và giao điện giám sát WinCC. Chương 4: Sơ đồ đấu nối, lưu đồ thuật toán và chương trình. Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã nhận được sự giúp đỡ của quý thầy cô và các bạn, đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS.Bùi Văn Tùng em có thể hoàn thành đề tài này một cách tốt nhất. Em xin chân thành cảm ơn! Việc hoàn thành đề tài này sẽ không tránh được những sai lầm thiếu sót. Em rất mong được sự phê bình, đánh giá của các thầy cô để em có thể rút ra được kinh nghiệm cũng như phát triển thêm đề tài. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRIẾT RÓT NƯỚC CAM VÀ ĐÓNG NẮP TỰ ĐỘNG 1.1. Tổng quan về dây chuyền chiết rót nước cam. Nhằm phục vụ nhiệm vụ hiện đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản phẩm ra đời là một công cụ hiệu quả giúp thay thế con người trong công việc phân loại, nó đã góp phần nâng cao hiệu quả trong công việc. Một hệ thống hoàn chỉnh có thể phân loại các sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục và giảm tối đa thời gian trì hoãn hệ thống. Hơn thế nữa, đối với những công việc đòi hỏi sự tập trung cao và có tính tuần hoàn, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Điều đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động chiết rót và đóng nắp sản phẩm tự động ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trong các nhà máy xí nghiệp. Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai tự động bao gồm các khâu: máy súc rửa, máy chiết rót, máy đóng nắp chai, sử dụng cho các loại chai nhựa, chai pet, thủy tinh và chủ yếu để chiết rót các loại đồ uống như (nước cam, nước khoáng, rượu vang, nước tinh khiết…) a) Dây truyền chiết rót và đóng nắp chai nước cam tự động. Mô hình hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam. Hình 1.1. Hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm. Cấu tạo: - Hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm (Hình 1.1) có cấu tạo chính gồm: • Hai băng chuyền. • Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền. • Bốn cảm biến quang. • Hai piston để đóng nắp sản phẩm. • Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu. • Các van đảo chiều. • Các rơ le trung gian. • Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống. • Nút nhấn. Nguyên lý hoạt động: - Hệ thống hoạt động theo các bước sau đây: • Vò chi PET được đặt trên băng truyền trước khi vào hệ thống xúc rửa chiết rót và đóng nắp (gọi tắt là RFC). • Nguồn nước tinh khiết từ bồn chưa được nối và hệ thống RFC. • Băng chuyền sẽ tự động vận chuyển chai PET vào hệ thống xục rửa. Các chai di chuyển xoay vòng và vào đúng vị trí vòi nước xục rửa. Lưu ý nước rửa có áp lực khá mạnh để rửa sạch chai PET do bơm thiết kế sẵn trong máy phun lên. • Sau khi rửa, chai PET sẽ được đưa vầ vị trí chiết rót, các cánh tay đòn sẽ giữ chặt cổ cahi để tránh đốc hai trong quá trinh rót. Các chai được xoay vòng liên tục trên băng chuyền chiết rót. Máy bơm nước được thiết kế sẵn trong máy sẽ tự động chiết rót vào bình. • Khi bình chứa đã đầy nước sẽ được chuyển sang vị trí đóng nắp. Nắp bình chứa được lắp đầy trng ống chứa và được đưa vào ngay đầu chai PET. • Các tay đòn sẽ siết nắp chặt. • Sau đó chai PET được chuyền trên băng tải ra ngoài. Hình 1.2. Hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động. Do giới hạn đề tài là mô phỏng trên máy tính nên em sẽ nghiên cứu những thiết bị phần điện tự động là chính, mô hình mô phỏng sẽ có một số điểm khác so với hệ thống thực để thuận tiện cho việc mô phỏng. Cụ thể là dây chuyền mô phỏng sẽ có các khâu chính là. • Kiểm tra khuyết tật chai. • Chiết rót vào chai. • Đóng nắp chai. • Đưa sang dây truyền đóng thùng sản phẩm. Ứng dụng: Hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm được ứng dụng rất nhiều trong các dây chuyền sản xuất Nước Cam như Nước cam ép Twister, Nước ép trái cây xoài Le Fruit... b) Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam bằng chai nhựa. Công đoạn chiết rót và đóng nắp nước cam trong quy trình sản xuất nước cam ép đóng chai đóng vai trò vô cùng quan trọng, đảm bảo chất lượng và an toàn vệ sinh thực phẩm cho sản phẩm cuối cùng. Quy trình bắt đầu từ việc chiết rót nước cam ép vào chai, đảm bảo mỗi chai đều được đong đúng lượng và không bị tràn đổ. Thiết bị chiết rót hiện đại giúp thực hiện quá trình này một cách nhanh chóng và chính xác, đồng thời giảm thiểu tối đa tiếp xúc của nước cam với không khí, ngăn chặn sự oxy hóa và giữ nguyên hương vị tươi ngon. Sau khi chiết rót, các chai nước cam sẽ được đưa vào máy đóng nắp tự động. Máy này đảm bảo mỗi chai đều được đóng kín hoàn toàn, không cho phép vi khuẩn hay các tác nhân gây hại xâm nhập. Quy trình này cũng được kiểm soát chặt chẽ để đảm bảo độ an toàn và vệ sinh cao nhất cho sản phẩm. Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam bằng chai nhựa tự động tự động (Hình 1.3) Hình 1.3. Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam bằng chai nhựa. Cấu tạo: • Hai băng chuyền. • Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền. • Bốn cảm biến quang. • Hai piston để đẩy nắp chai. • Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu. • Một van đảo chiều. • Các rơ le trung gian. • Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống. • Nút nhấn. Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhất hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai. Trên băng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết chai nước đã được chiết rót đầy và đóng nắp hay chưa. Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy nắp chai và trung bình vào từng chai, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hết băng chuyền và được đóng thùng chứa nằm trên băng chuyền thứ hai. Sau đó động cơ một chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyển thùng chứa sản phẩm thấp về vị trí tương ứng. c) Máy chiết rót nước cam dạng túi Máy chiết rót nước cam lỏng dạng túi là một thiết bị được sử dụng để tự động chiết rót và đóng nắp các túi chứa nước cam đã được ép. Hình 1.4. Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam dạng túi Máy chiết rót nước cam dạng túi được thiết kế đặc biệt để xử lý và đóng gói, vì vậy nó phù hợp cho các sản phẩm như nước cam dài hạn, nước cam ép ngắn hạn. Máy này có khả năng đóng gói nước cam vào nhiều loại túi dạng đứng, túi phẳng hoặc túi đối, tuỳ theo yêu cầu của thi trường. Máy chiết rót nước cam dạng túi thường được thiết kế để hoạt động tự động. Quy trình này bao gồm việc nạp túi, chiết rót nước cam, đóng nắp, đánh dấu date, và kiểm tra chất lượng một cách tự động, giảm thiểu sự can thiệp của con người. Cấu tạo: • Một băng chuyền. • Một băng chuyền. • Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền. • Cảm biến quang (Nhận dạng vật thể qua led). • Một động cơ bước gạt. • Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu. • Các rơ le trung gian. • Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống. • Nút nhấn. Nguyên lý hoạt động: Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai. Trên băng chuyền sẽ thiết kế cảm biến quang nhận dạng túi. Khi sản phẩm đi qua, Cảm biến quang nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ bước gạt từng túi vào nơi chứa riêng biệt. d) Máy chiết rót nước cam dạng lon Dây chuyền chiết rót nước cam vào lon là sản phẩm dùng để chiết rót các loại nước cam ép vào lon vì nước cam không chỉ là thức uống phổ biến nhất trên thế giới mà còn được biết đến với hương vị tuyệt vời và giá trị dinh dưỡng cao cấp. Với sự giàu chất vitamin C, carotene, axit citric, cellulose, pectin và các khoáng chất quan trọng, nước cam có khả năng bảo vệ tim mạch, cải thiện hệ tiêu hóa và giảm nguy cơ mắc bệnh ung thư. Để tham gia vào ngành sản triết rót nước cam, việc xây dựng một dây chuyền chế biến nước cam hiện đại và hiệu quả là vô cùng quan trọng. Dây chuyền triết rót nước cam sẽ giúp bạn tạo ra sản phẩm chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường. Hãy đầu tư vào dây chuyền triết rót nước ép cam để khai thác tiềm năng lớn trong ngành công nghiệp thức uống này. Đối với hệ thống dây chuyền chiết rót nước ép trái cây vào lon các thiết bị chính của dây chuyền sản xuất nước ép trái cây bao gồm dây chuyền máy xử lý nước, thiết bị pha chế đồ uống chức năng, máy có thể dỡ hàng, máy đóng nắp và máy đóng gói. Hình 1.5. Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam bằng lon Nguyên lý hoạt động: Nhấn nút start băng tải đưa lon vào máy chiết rót. Máy chiết tự chiết đầy rồi đẩy lon đã có thành phẩm ra ngoài. Thiết bị dùng xi lanh để định lượng chiết, Sau khi chiết xong băng tải đưa lon ra phần máy đóng nắp. Hệ thống máy đóng lon tự động nhập khẩu nguyên bộ đầy đủ bao gồm các khâu: - Hệ thống xếp lon - Máy rửa lon - Máy đóng lon tự động - Máy làm khô lon - Máy in ngày tháng - Máy đóng gói tự động - Hệ thống băng chuyền 1.2. ứng dụng: Ứng dụng của máy chiết rót nước cam là rất phổ biến trong các ngành sản xuất và đóng gói. Máy chiết rót nước cam tự động có khả năng đo và chiết lượng chất lỏng hoặc dạng nhớt một cách chính xác và nhanh chóng, giúp tăng năng suất và độ chính xác của quy trình sản xuất. Máy chiết rót nước cam tự động được sử dụng trong nhiều nhà máy triết rót nước cam như Nước Ép Cam LE FRUIT, Nước Ép Cam Twister Tropicana, Nước Ép Cam Vfresh. Nó có thể được sử dụng để đóng dạng chai,dạng hộp,dạng túi. Hình 1.6. Máy triết rót tự động Máy chiết rót nước cam tự động có nhiều ưu điểm so với quy trình chiết rót thủ công. Nó giảm thiểu sự sai sót và mất mát sản phẩm, tăng năng suất và độ chính xác, tiết kiệm thời gian và chi phí lao động. Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại máy chiết rót nước cam tự động khác nhau, từ các máy đơn giản đến các máy có tính năng cao cấp. Việc lựa chọn máy chiết rót tự động thích hợp phụ thuộc vào các yếu tố như loại sản phẩm cần chiết, khối lượng sản phẩm, tốc độ sản xuất và kinh phí đầu tư. CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ SỬ DỤNG 2.1. Băng tải Băng tải (băng chuyền) hiểu đơn giản là một máy cơ khí dùng để vận chuyển các đồ vật từ điểm này sang điểm khác, từ vị trí A sang vị trí B. Thay vì vận chuyển sản phẩm bằng công nhân vừa tốn thời gian, chi phí nhân công lại tạo ra môi trường làm việc lộn xộn thì băng chuyền tải có thể giải quyết điều đó. Nó giúp tiết kiệm sức lao động, số lượng nhân công, giảm thời gian và tăng năng suất an toàn lao động. Vì vậy băng chuyền, băng tải là một trong những bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lắp ráp của các nhà máy, xí nghiệp. Góp phần tạo nên một môi trường sản xuất hiện đại, khoa học và giải phóng sức lao động mang lại hiệu quả kinh tế cao cho công ty. Hình 2.1. Băng tải Thông số kỹ thuật băng tải PVC xanh nhám 5mm mã sản phẩm SBPV50AG2HNN: Chất liệu băng tải PVC Màu sắc băng tải Xanh táo Chiều dày băng tải 5 mm Số lớp bố 2 Bề mặt băng tải Mặt nhám Loại băng tải Loại thường Đường kính rulo nhỏ nhất 80 mm Lực kéo dãn 1% 10 N/mm Lực kéo đứt 120 N/mm Nhiệt độ làm việc -10÷80°C Trọng lượng băng tải 4.5 kg/m² 2.2. Động cơ băng tải Hình 2.2. Động cơ băng tải Loại Động Cơ Động cơ xoay chiều cảm ứng Công suất 40W Dòng điện 1phase/ 220 - 240V/50Hz Thông số khác Khung 90mm, Trục bánh răng truyền động, chứng chỉ CE Thay đổi tốc độ Có thay đổi tốc độ Xuất sứ Hàn quốc 2.3 Xylanh Xy lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành có chức năng biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động. Xi lanh khí nén hay còn được gọi là pen khí nén là các thiết bị cơ học tạo ra lực, thường kết hợp với chuyển động, và được cung cấp bởi khí nén (lấy từ máy nén khí thông thường). Hình 2.3. Xylanh khí nén trục kép Thông số kỹ thuật: • Xy lanh khí nén 2 trục • Tác động kép • Hành trình xylanh: 10mm – 100mm • Tốc độ cao. 2.4 Nút nhấn, đèn báo Nút nhấn: • Nút nhấn tủ điện là một loại khí cụ dùng để đóng/ngắt các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại quá trình trong điều khiển. • Nút nhấn thường được đặt trên bảng điều khiển, tủ điện, công tắc nút nhấn,... Khi thao tác với nút nhấn, cần dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện. • Hầu hết các nút nhấn tủ điện được làm từ nhựa hoặc kim loại. Hình dạng và kích thước được thiết kế để phù hợp với ngón tay và bàn tay của người vận hành. • Nút nhấn được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn cao, có kiểu dáng đẹp, kết cấu chất lượng chắc chắn, dễ dàng lắp đặt và thay thế. Hình 2.4. Nút nhấn Đèn báo: Đèn báo được hiểu là đèn chỉ thị được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực như trong các loại tàu thuỷ, máy móc thiết bị sản xuất, trong các tủ điện điều khiển, tủ điện phân phối. Đèn báo tuy có giá thành không cao nhưng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điện công nghiệp vì đèn báo giúp sử dụng biết được trạng thái nguồn điện đang bật hay tắt, đèn báo trên thiết bị có vai trò thể hiện tình trạng hoạt động của thiết bị hay một hệ thống có bình thường hay đang bị lỗi. Hình 2.5. Đèn báo 2.5. PLC S7-1500 PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) là thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bên ngoài thông qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra (output). PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào. Khi có sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, dựa theo logic chương trình ngõ ra tương ứng sẽ thay đổi. Bộ lập trình PLC đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường tự động hóa trong công nghiệp, giúp cải thiện hiệu suất, độ tin cậy và tiết kiệm thời gian và công sức trong quy trình sản xuất. Với khả năng lập trình linh hoạt và tích hợp nhiều chức năng, PLC là công cụ không thể thiếu trong các hệ thống điều khiển và quản lý trong ngành công nghiệp hiện đại. Hình 2.6. PLC S71500-1512C-1 PN ♦♦♦ Tổng quan • Mô hình nhỏ gọn, có khả năng mở rộng module, tất cả được bảo vệ dưới chuẩn IP20. • Giải pháp hệ thống cho nhiều ứng dụng tự động hóa. • Hiệu suất cao nhất trong toàn bộ hệ thống plc siemens. • Cấu hình duy nhất trong TIA với STEP 7 Professional V12 trở lên 2.6. Bơm lưu lượng Máy bơm nước là một loại máy thủy lực, nhận năng lượng từ bên ngoài (cơ năng, điện năng, thủy năng,...) và truyền năng lượng cho dòng chất lỏng, nhờ vậy đưa chất lỏng lên một độ cao nhất định hoặc dịch chuyển chất lỏng theo hệ thống đường ống. Hình 2.7. Máy bơm nước 2.7. Cảm biến Cảm biến trong tiếng Anh được gọi là sensor, đây là thiết bị được sử dụng để phát hiện và phản hồi các tín hiệu đầu vào từ môi trường vật lý như độ ẩm, áp suất, ánh sáng, nhiệt độ, chuyển động và một số hiện tượng về môi trường khác. Các tín hiệu đầu ra chính là các tín hiệu điện được chuyển đổi và có thể đọc được ở trên màn hình bao gồm các thông tin liên quan đến vị trí cảm biến hoặc truyền điện tử qua mạng để đọc và xử lý. Hình 2.8. Các loại cảm biến CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PLC VÀ GIAO ĐIỆN GIÁM SÁT WINCC 3.1 Giới thiệu S7-1500. 3.1.1 Giới thiệu chung. PLC S7-1500 là một dòng bộ điều khiển logic lập trình (Programmable Logic Controller - PLC) của Siemens, thuộc hệ thống điều khiển tự động hóa S7. Đây là một trong những sản phẩm tiên tiến và mạnh mẽ nhất trong dòng PLC của SiemensMột số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển, PLC S7-1500 cung cấp hiệu suất xử lý nhanh chóng với tốc độ CPU cao, cho phép xử lý các nhiệm vụ phức tạp và thời gian thực hiệu quả. PLC S7-1500 thường có các cổng giao tiếp tích hợp như Profinet, Profibus, và Ethernet, hỗ trợ giao tiếp và kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống điều khiển. • Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU, Giao tiếp nhanh chóng với các module khác thông qua bus hệ thống tốc độ cao. • Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định. CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET. Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485. 3.1.2 Cấu trúc chung của PLC PLC được nhiều hãng chế tạo, và mỗi hãng có nhiều họ khác nhau, và có nhiều phiên bản trong mỗi họ, chúng khác nhau về tính năng và giá thành, phù hợp với bài toán đơn giản hay phức tạp. Ngoài ra còn có các bộ ghép mở rộng cho phép ghép nhiều bộ PLC nhỏ để thực hiện các chức năng phức tạp, hay giao tiếp với máy tính tạo thành một mạng tích hợp, việc thực hiện theo dõi, kiểm tra, điều khiển một quá trình công nghệ phức tạp hay toàn bộ một phân xưởng sản xuất. Mặc dù vậy, một hệ thống điều khiển dùng bất cứ loại PLC nào đều cũng có cấu trúc sau: - Ngõ vào dạng số: Gồm hai trạng thái ON và OFF. Khi ở trạng thái ON thì ngõ vào số được coi như ở mức logic 1 hay mức logic cao. Khi ở trang thái OFF thì ngõ vào có thể đươc coi như ở mức logic 0 hay mức logic thấp. - Ngõ ra số: Gồm hai trạng thái ON và OFF. Các ngõ ra này thường được nối ra để điều khiển các cuộn dây contactor, đèn tín hiệu,… - Thiết bị đầu vào: Các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển thường là nút nhấn, cảm biến. - Thiết bị chấp hành (Autuator): Là thiết bị biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành một tác động vật lý. Autuator được nối với ngõ ra của PLC. - Chương trình điều khiển: Một chương trình bao gồm một hay nhiều lệnh nhằm thực hiện một nhiệm vụ cụ thể. Việc lập trình cho PLC chỉ đơn giản là xây dựng một tập hợp các lệnh. Để lập trình cho PLC này, lập trình hình thang (LAD) hay dạng câu lệnh (STL). Chương trình điều khiển định ra quy luật thay đổi tín hiệu output ở phía đầu ra của PLC theo sự thay đổi tín hiệu input ở phía đầu vào theo mong muốn và chạy phần mềm điều khiển trên máy tính PC và được nạp vào PLC thông qua cáp, nối giữa PLC và PC hay PG. + Thiết bị lập trình (PG/PC): Chương trình viết trong thiết bị lập trình và truyền xuống PLC. + Cáp kết nối (cáp PPI): Thiết bị cần thiết để truyền dữ liệu từ thiết bị lập trình xuống PLC. PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM). 3.2 PLC S7-1500 CPU 1512C-1 PN 3.2 .1 Giới thiệu chung Hình 3.1. Hình dáng thực tế của S7-1500/CPU 1512-1 PN - S7-1500/CPU 1512-1 PN là dòng CPU tiêu chuẩn cho những ứng dụng nhỏcho tới trung bình, chỉcó một địa chỉIP và một cổng giao tiếp PROFINET. Bộnhớlàm việc của dòng CPU này lên tới 1.15MB với thời gian xửlý trên mỗi bit rất nhanh khoảng 60n Hình 3.2. Mặt trước của CPU 1512-1 PN. ① LEDs báo trạng thái của CPU ② Màn hình ③ Các nút nhấn điều khiển Hình 3.3. Chốt để khóa CPU Hình 3.4. Mặt dưới bảng điều khiển của CPU 1512-1 PN ①LEDs báo trạng thái của CPU ②Cổng kết nối với màn hình ③Thẻ nhớ SIMATIC ④Công tắc chọn chế độ ⑤LEDs cho 2 cổng của giao tiếp PROFINET X1 ⑥Địa chỉ MAC ⑦PROFINET cổng giao tiếp (X1) với 2 cổng ⑧Đầu conector để cấp nguồn 24VDC ⑨Ốc vít để bắt xuống thanh rail Hình 3.5. Mặt sau của CPU 1512-1 Pn ①Bề mặt tiếp xúc với thanh rail ②Các connector để kết nối với nguồn và các ③Ốc vít để bắt xuống thanh rail 3.2.2 Kết nối Phần này cung cấp thông tin về việc kết nối, trạng thái hiển thị và sơ đồ khối của CPU 1512-1 PN. Nguồn cấp 24 VDC (X80) Kết nối nối nguồn 24VDC bên ngoài bằng đầu nối khi CPU chuyển về từ nhà máy, khi không có modules nguồn và thanh rail. Sơ đồ cấp nguồn như hình bên dưới. Hình 3.6. Kết nối nguồn cho CPU. ①Điện áp cấp +24 VDC ②GND ③GND (giới hạn dòng tới 10A) ④Điện áp cấp +24 VDC (giới hạn dòng tới 10A) ⑤Hai chân này dùng để đồng bộ giữa: ① và ④ ② và ③ Nếu CPU đã cấp nguồn từ hệ thống thì không cần cấp nguồn 24V vào haichân này.Một cổng giao tiếp PROFINET cùng cổng mạng (X1 P1 R và X1 P2 R). Bảng dưới đây cho thấy sự phân chia thiết bị đầu cuối cho giao tiếp PROFINET với 2 cổngmạng, tương ứng với tiêu chuẩn Ethernet cho một đầu cắm RJ45. Sơ đồ khối Hình dưới đây là sơ đồ khối của CPU 1512-1 PN. Hình 3.7. Sơ đồ khối của CPU. ①Màn hình ② Lựa chọn chế độ RUN/STOP/MRES ③ Board mạch điện tử ④Bộ chuyển đổi ⑤Bus đa năng ⑥Nguồn cấp nội từ hệ thống X50 Thẻ nhớ SIMATIC X80 24 V DC Nguồn cấp ngoài PN X1 P1 R : Một cổng giao tiếp PROFINET ở cổng 1 PN X1 P2 R : Một cổng giao tiếp PROFINET ở cổng 2 L+ : Cấp nguồn 24 V DC M : Ground R/S : RUN/STOP LED (vàng/xanh) ER : Đèn màu đỏ báo lỗi MT : Đèn màu vàng báo sự cố X1 P1, X1 P2 : LED link Tx/Rx 3.3 Phần mềm lập trình TIA Portal V16.
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRIẾT RÓT NƯỚC CAM VÀ ĐÓNG NẮP TỰ ĐỘNG
Tổng quan về dây chuyền chiết rót nước cam
Hệ thống phân loại sản phẩm tự động hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả và độ tin cậy, giảm thời gian trì hoãn Giải pháp này đặc biệt hữu ích cho các công việc đòi hỏi sự tập trung cao và lặp đi lặp lại, giúp đảm bảo chất lượng sản phẩm và uy tín nhà sản xuất.
Hệ thống tự động chiết rót và đóng nắp đáp ứng nhu cầu sản xuất lớn Dây chuyền này, ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy, bao gồm máy súc rửa, chiết rót và đóng nắp chai nhựa, PET, thủy tinh, phục vụ chiết rót đồ uống như nước cam, nước khoáng, rượu vang và nước tinh khiết Ví dụ điển hình là dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai nước cam tự động.
Mô hình hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam.
Hình 1.1 Hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm.
- Hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm (Hình 1.1) có cấu tạo chính gồm:
Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
Hai piston để đóng nắp sản phẩm.
Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
Các rơ le trung gian.
Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống.
- Hệ thống hoạt động theo các bước sau đây:
Vò chi PET được đặt trên băng truyền trước khi vào hệ thống xúc rửa chiết rót và đóng nắp (gọi tắt là RFC).
Nguồn nước tinh khiết từ bồn chưa được nối và hệ thống RFC.
Băng chuyền sẽ tự động vận chuyển chai PET vào hệ thống xục rửa Các chai di chuyển xoay vòng và vào đúng vị trí vòi
Quá trình chiết rót nước vào chai PET bắt đầu sau khi rửa sạch Cánh tay đòn giữ chặt cổ chai, đảm bảo không đổ lệch trong khi máy bơm tự động chiết rót nước vào chai đang xoay liên tục trên băng chuyền.
Bình chứa đầy nước sẽ tự động chuyển sang vị trí đóng nắp Nắp được lắp vào ống chứa và ngay lập tức gắn chặt vào chai PET.
Các tay đòn sẽ siết nắp chặt.
Sau đó chai PET được chuyền trên băng tải ra ngoài.
Hình 1.2 Hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động.
Bài viết tập trung mô phỏng trên máy tính các thiết bị điện tự động Mô hình mô phỏng sẽ khác đôi chút so với hệ thống thực tế để đảm bảo tính khả thi Dây chuyền mô phỏng bao gồm các khâu chính là… (tiếp tục liệt kê các khâu chính).
Kiểm tra khuyết tật chai.
Đưa sang dây truyền đóng thùng sản phẩm.
Hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nước cam đóng chai, ví dụ như nước cam ép Twister và nước ép trái cây xoài Le Fruit, đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm Sử dụng chai nhựa là một phương pháp đóng gói phổ biến trong hệ thống này.
Chiết rót và đóng nắp nước cam là khâu then chốt trong sản xuất, quyết định chất lượng và an toàn thực phẩm của sản phẩm.
Nước cam ép được chiết rót tự động vào chai, đảm bảo đầy đủ lượng quy định nhờ thiết bị hiện đại Quá trình này nhanh chóng, chính xác và hạn chế tiếp xúc với không khí, giữ trọn vẹn hương vị tươi ngon.
Nước cam sau chiết rót được đóng nắp tự động, đảm bảo kín hoàn toàn, ngăn ngừa vi khuẩn và tác nhân gây hại, đồng thời tuân thủ quy trình kiểm soát nghiêm ngặt về an toàn vệ sinh thực phẩm.
Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam bằng chai nhựa tự động tự động (Hình 1.3)
Hình 1.3 Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam bằng chai nhựa.
Hai piston để đẩy nắp chai.
Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
Các rơ le trung gian.
Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống.
Hệ thống hoạt động khi nút Start được nhấn, khởi động động cơ một chiều truyền chuyển động băng chuyền 1 Cảm biến trên băng chuyền này phát hiện chai đầy và đóng nắp, gửi tín hiệu về PLC điều khiển van đảo chiều, piston đóng nắp và phân loại sản phẩm Chai không đạt chuẩn được chuyển sang băng chuyền 2 bởi động cơ một chiều thứ hai, vận chuyển đến vị trí đóng thùng.
Máy chiết rót nước cam tự động đóng gói sản phẩm dạng túi, giúp tiết kiệm thời gian và nhân công.
Hình 1.4 Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam dạng túi
Máy chiết rót nước cam dạng túi chuyên dụng, phù hợp đóng gói nước cam ép (ngắn hạn và dài hạn).
Máy đóng gói nước cam tự động đa năng tương thích với nhiều loại túi (đứng, phẳng, đối) Quá trình hoạt động khép kín gồm nạp túi, chiết rót, đóng nắp, in date và kiểm tra chất lượng, tối ưu hiệu suất và giảm thiểu nhân công.
Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền.
Cảm biến quang (Nhận dạng vật thể qua led).
Một động cơ bước gạt.
Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu.
Các rơ le trung gian.
Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống.
Hệ thống hoạt động khi nút Start được nhấn, cấp điện cho mô tơ DC, dẫn động băng chuyền qua dây đai Cảm biến quang trên băng chuyền phát hiện sản phẩm, gửi tín hiệu về PLC điều khiển động cơ bước phân loại sản phẩm vào các vị trí chứa riêng Máy phù hợp với chiết rót nước cam dạng lon.
Dây chuyền chiết rót nước cam vào lon là giải pháp tối ưu cho ngành sản xuất nước cam, đáp ứng nhu cầu thị trường ngày càng tăng Hệ thống bao gồm các thiết bị chính như máy xử lý nước, máy pha chế, máy dỡ hàng, máy đóng nắp và máy đóng gói, đảm bảo sản phẩm chất lượng cao, giàu vitamin C và đáp ứng nhu cầu thị trường Đầu tư vào dây chuyền này là khai thác tiềm năng lớn của ngành công nghiệp nước giải khát, tận dụng giá trị dinh dưỡng và hương vị tuyệt vời của nước cam.
Hình 1.5 Hệ thống chiết rót và đóng nắp nước cam bằng lon
ứng dụng
Máy chiết rót nước cam tự động tăng năng suất và độ chính xác sản xuất nhờ khả năng đo và chiết rót chính xác, nhanh chóng các chất lỏng hoặc dạng nhớt, ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất và đóng gói.
Máy chiết rót nước cam tự động ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất nước ép cam lớn như LE FRUIT, Tropicana Twister, và Vfresh, đóng gói đa dạng: chai, hộp, túi.
Hình 1.6 Máy triết rót tự động
Máy chiết rót nước cam tự động nâng cao năng suất, độ chính xác và tiết kiệm chi phí lao động đáng kể so với phương pháp thủ công, đồng thời giảm thiểu sai sót và hao hụt sản phẩm.
Thị trường máy chiết rót nước cam tự động đa dạng, từ máy đơn giản đến máy cao cấp Lựa chọn máy phù hợp phụ thuộc vào loại sản phẩm, khối lượng, tốc độ sản xuất và ngân sách.
THIẾT BỊ SỬ DỤNG
Băng tải
Băng tải là máy móc vận chuyển hàng hóa hiệu quả, thay thế sức người, tiết kiệm thời gian và chi phí, đồng thời tạo môi trường làm việc ngăn nắp.
Nó giúp tiết kiệm sức lao động, số lượng nhân công, giảm thời gian và tăng năng suất an toàn lao động.
Băng chuyền và băng tải là bộ phận thiết yếu trong dây chuyền sản xuất công nghiệp hiện đại, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm sức lao động.
Thông số kỹ thuật băng tải PVC xanh nhám 5mm mã sản phẩm SBPV50AG2HNN:
Chất liệu băng tải PVC
Màu sắc băng tải Xanh táo
Chiều dày băng tải 5 mm
Bề mặt băng tải Mặt nhám
Loại băng tải Loại thường Đường kính rulo nhỏ nhất 80 mm
Trọng lượng băng tải 4.5 kg/m²
Động cơ băng tải
Hình 2.2 Động cơ băng tải
Loại Động Cơ Động cơ xoay chiều cảm ứng
Thông số khác Khung 90mm, Trục bánh răng truyền động, chứng chỉ CE
Thay đổi tốc độ Có thay đổi tốc độ
Xylanh
Xi lanh khí nén, hay pen khí nén, biến đổi năng lượng khí nén thành động năng, tạo ra lực và chuyển động nhờ khí nén từ máy nén khí Đây là cơ cấu vận hành cơ học quan trọng.
Hình 2.3 Xylanh khí nén trục kép
Xy lanh khí nén 2 trục
Hành trình xylanh: 10mm – 100mm
Nút nhấn, đèn báo
Nút nhấn tủ điện là một loại khí cụ dùng để đóng/ngắt các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại quá trình trong điều khiển.
Nút nhấn điều khiển mạch điện, thường được lắp đặt trên bảng điều khiển, tủ điện hoặc công tắc Thao tác bật/tắt cần dứt khoát.
Nút nhấn tủ điện thường được chế tạo từ nhựa hoặc kim loại, với thiết kế hình dạng và kích thước tối ưu cho thao tác của người dùng.
Nút nhấn được thiết kế và sản xuất theo tiêu chuẩn cao, có kiểu dáng đẹp, kết cấu chất lượng chắc chắn, dễ dàng lắp đặt và thay thế.
Đèn báo, hay đèn chỉ thị, là linh kiện quan trọng trong nhiều hệ thống điện công nghiệp như tàu thủy, máy móc sản xuất và tủ điện Dù giá thành thấp, đèn báo giúp người dùng nhận biết trạng thái hoạt động (bật/tắt) của nguồn điện và thiết bị, đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành.
PLC S7-1500
PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic lập trình được, nhận tín hiệu từ ngõ vào (input), xử lý theo chương trình và điều khiển ngõ ra (output) PLC hoạt động dựa trên cơ chế quét liên tục các tín hiệu đầu vào và điều chỉnh đầu ra tương ứng Sự thay đổi ngõ vào kích hoạt thay đổi ngõ ra theo logic chương trình đã lập trình.
PLC đóng vai trò cốt lõi trong tự động hóa công nghiệp, nâng cao hiệu suất, độ tin cậy và tiết kiệm nguồn lực sản xuất nhờ khả năng lập trình linh hoạt và tích hợp đa chức năng Đây là công cụ thiết yếu trong hệ thống điều khiển hiện đại.
Mô hình nhỏ gọn, có khả năng mở rộng module, tất cả được bảo vệ dưới chuẩn IP20.
Giải pháp hệ thống cho nhiều ứng dụng tự động hóa.
Hiệu suất cao nhất trong toàn bộ hệ thống plc siemens.
Cấu hình duy nhất trong TIA với STEP 7 Professional V12 trở lên
Bơm lưu lượng
Máy bơm nước là thiết bị thủy lực chuyển đổi năng lượng (điện, cơ, thủy năng ) thành động năng, nâng chất lỏng lên cao hoặc vận chuyển trong hệ thống đường ống.
Cảm biến
Cảm biến (sensor) là thiết bị phát hiện và phản hồi tín hiệu từ môi trường (độ ẩm, áp suất, ánh sáng, nhiệt độ, chuyển động ), chuyển đổi thành tín hiệu điện hiển thị trên màn hình hoặc truyền dữ liệu qua mạng để xử lý.
Hình 2.8 Các loại cảm biến
GIỚI THIỆU PLC VÀ GIAO ĐIỆN GIÁM SÁT WINCC
Giới thiệu S7-1500
PLC S7-1500 là một dòng bộ điều khiển logic lập trình
PLC Siemens S7-1500, thuộc hệ thống điều khiển tự động hóa S7, là một trong những PLC mạnh mẽ và tiên tiến nhất của Siemens, được trang bị các tính năng bảo mật cao, CPU tốc độ xử lý nhanh, cho phép xử lý hiệu quả các nhiệm vụ phức tạp và thời gian thực.
PLC S7-1500 thường có các cổng giao tiếp tích hợp như
Profinet, Profibus, và Ethernet, hỗ trợ giao tiếp và kết nối với các thiết bị khác trong hệ thống điều khiển.
Mỗi CPU được bảo vệ bằng mật khẩu, cho phép cấu hình truy cập chức năng và giao tiếp nhanh chóng với các module khác qua bus hệ thống tốc độ cao.
Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định.
CPU tích hợp cổng PROFINET, hỗ trợ giao tiếp mạng PROFINET Module truyền thông RS232 và RS485 cũng được cung cấp.
3.1.2 Cấu trúc chung của PLC
PLC có nhiều loại, từ các hãng khác nhau, với nhiều phiên bản và tính năng, giá thành đa dạng, đáp ứng mọi nhu cầu từ đơn giản đến phức tạp Khả năng mở rộng với các bộ ghép cho phép kết nối nhiều PLC nhỏ thành hệ thống lớn, tích hợp với máy tính để giám sát và điều khiển sản xuất Tuy đa dạng, mọi hệ thống điều khiển PLC đều có cấu trúc chung nhất định.
Ngõ vào số có hai trạng thái: ON (logic 1, mức cao) và OFF (logic 0, mức thấp).
- Ngõ ra số: Gồm hai trạng thái ON và OFF Các ngõ ra này thường được nối ra để điều khiển các cuộn dây contactor, đèn tín hiệu,…
- Thiết bị đầu vào: Các thiết bị tạo ra tín hiệu điều khiển thường là nút nhấn, cảm biến.
- Thiết bị chấp hành (Autuator): Là thiết bị biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành một tác động vật lý Autuator được nối với ngõ ra của PLC
PLC được lập trình bằng cách xây dựng tập hợp các lệnh, sử dụng ngôn ngữ lập trình như LAD hoặc STL Chương trình điều khiển PLC xác định quy luật biến đổi tín hiệu đầu ra (output) dựa trên tín hiệu đầu vào (input), được lập trình trên PC rồi nạp vào PLC qua cáp kết nối.
+ Thiết bị lập trình (PG/PC): Chương trình viết trong thiết bị lập trình và truyền xuống PLC.
+ Cáp kết nối (cáp PPI): Thiết bị cần thiết để truyền dữ liệu từ thiết bị lập trình xuống PLC.
PLC đều có thành phần chính là: Một bộ nhớ chương trình RAM bên trong (có thể mở rộng thêm một số bộ nhớ ngoài EPROM).
PLC S7-1500 CPU 1512C-1 PN
Hình 3.1 Hình dáng thực tế của S7-1500/CPU 1512-1 PN
CPU S7-1500/CPU 1512-1 PN là bộ xử lý tiêu chuẩn, phù hợp với ứng dụng nhỏ và trung bình, tích hợp một địa chỉ IP và một cổng PROFINET Bộ nhớ làm việc lên tới 1.15MB, xử lý dữ liệu nhanh với tốc độ 60ns/bit.
Hình 3.2 Mặt trước của CPU 1512-1 PN.
① LEDs báo trạng thái của CPU
③ Các nút nhấn điều khiển
Hình 3.3 Chốt để khóa CPU
Hình 3.4 Mặt dưới bảng điều khiển của CPU 1512-1 PN
①LEDs báo trạng thái của CPU
②Cổng kết nối với màn hình
④Công tắc chọn chế độ
⑤LEDs cho 2 cổng của giao tiếp PROFINET X1
⑦PROFINET cổng giao tiếp (X1) với 2 cổng
⑧Đầu conector để cấp nguồn 24VDC
⑨Ốc vít để bắt xuống thanh rail
Hình 3.5 Mặt sau của CPU 1512-1 Pn
①Bề mặt tiếp xúc với thanh rail
②Các connector để kết nối với nguồn và các
③Ốc vít để bắt xuống thanh rail
Phần này cung cấp thông tin về việc kết nối, trạng thái hiển thị và sơ đồ khối của CPU 1512-1 PN.
CPU được cấp nguồn 24VDC từ nguồn ngoài qua đầu nối khi xuất xưởng, không có module nguồn và thanh rail Sơ đồ cấp nguồn minh họa bên dưới.
Hình 3.6 Kết nối nguồn cho CPU.
④Điện áp cấp +24 VDC (giới hạn dòng tới 10A)
⑤Hai chân này dùng để đồng bộ giữa:
Nếu CPU đã cấp nguồn từ hệ thống thì không cần cấp nguồn 24V vào haichân này.Một cổng giao tiếp PROFINET cùng cổng mạng (X1
Bảng dưới đây cho thấy sự phân chia thiết bị đầu cuối cho giao tiếp PROFINET với 2 cổngmạng, tương ứng với tiêu chuẩn Ethernet cho một đầu cắm RJ45.
Hình dưới đây là sơ đồ khối của CPU 1512-1 PN.
Hình 3.7 Sơ đồ khối của CPU.
⑥Nguồn cấp nội từ hệ thống
PN X1 P1 R : Một cổng giao tiếp PROFINET ở cổng 1
PN X1 P2 R : Một cổng giao tiếp PROFINET ở cổng 2
R/S : RUN/STOP LED (vàng/xanh)
ER : Đèn màu đỏ báo lỗi
MT : Đèn màu vàng báo sự cố
Phần mềm lập trình TIA Portal V16
Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic chạy hệ điều hành Windows, phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa người lập trình và PLC
Để lập trình SIMATIC S7-1500 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP
Để PC và SIMATIC S7-1500 giao tiếp, địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải khớp Việc tạo project trên TIA Portal là bước cần thiết để thiết lập kết nối này.
Một số thao tác cơ bản khi làm quen với phần mềm Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia
Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án
Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create new project
Bước 5: Chọn add new device
Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add
Bước 7: Project mới được hiện ra
Giao diện giám sát WinCC
WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp.
Hình 3.8 Giao diện thiết kế trên WinCC
WinCC của Siemens là phần mềm SCADA thiết kế giao diện HMI (Human Machine Interface) để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu sản xuất WinCC tương thích với nhiều PLC (Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley, Omron, ) thông qua cổng COM (RS232/RS485).
WinCC là giải pháp HMI hàng đầu, đáp ứng thiết kế hệ thống quy mô nhỏ đến lớn, kể cả hệ thống MES Nó cho phép mô phỏng trực quan quá trình điều khiển và cung cấp nhiều chức năng như hiển thị, báo cáo, xử lý dữ liệu đo lường, và lập công thức, đáp ứng nhu cầu công nghệ ngày càng cao.
3.4.2 Chức năng của WinCC(HMI)
Hệ thống hiển thị quá trình vận hành trực tiếp trên thiết bị HMI (WinCC) với màn hình cập nhật động dựa trên các trạng thái chuyển tiếp.
Điều khiển vận hành của quá trình: người vận hành có thể đặt trước các giá trị tham khảo cho điều khiển hay khởi động một động cơ.
Hiển thị các cảnh báo:
Các quá trình nghiêm trọng tự động khởi phát báo động, ví dụ, khi giá trị đặt được vượt quá.
Lưu trữ các giá trị và cảnh báo quá trình:
Hệ thống HMI ghi lại cảnh báo và giá trị quá trình, cho phép lưu trữ dữ liệu sản xuất và truy xuất thông tin quá trình lịch sử.
Ghi chép các cảnh báo và các giá trị quá trình:
Hệ thống HMI cung cấp báo cáo giá trị quá trình và cảnh báo, cho phép in dữ liệu sản xuất cuối ca.
Quản lí thông số máy móc và quá trình:
Hệ thống HMI lưu trữ thông số vận hành máy móc dưới dạng công thức, cho phép tải xuống dữ liệu từ HMI sang PLC để điều chỉnh toàn bộ quy trình sản xuất.
Các bước cấu hình và kết nối WinCC với PLC:
Bước 3: Thêm IE general vào
Bước 4: Kết nối PLC với WinCC
SƠ ĐỒ ĐẤU NỐI, LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH.34
Sơ đồ khối hệ thống
Hình 4.2 Sơ đồ khối hệ thống
- Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện cho các thiết bị và PLC để hệ thống hoạt động.
- Khối tín hiệu: PLC lấy tín hiệu từ các cảm biến hoặc nút nhấn do người dùng điều khiển để điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống.
PLC xử lý chương trình điều khiển, từ đó điều khiển các thiết bị chấp hành theo chương trình người dùng đã cài đặt.
- Khối đèn báo: Đèn báo trạng thái hoạt động của các thiết bị và chế độ hệ thống.
- Khối chấp hành: PLC sẽ điều khiển các thiết bị chấp hành như van, động cơ, bơm,… để thực hiện một quá trình nhỏ trong hệ thống.
Nguyên lý hoạt động và lưu đồ thuật toán
Hệ thống vận hành với hai chế độ: tự động (Auto) và thủ công (Manual), người dùng chuyển đổi chế độ bằng công tắc Auto/Manual.
Chế độ tự động: Nhập số chai, chọn chế độ Auto, ấn Start Động cơ hoạt động, băng tải quay, chai di chuyển đến vị trí được cảm biến CB1 xác định.
Hệ thống tự động gồm các bước: băng tải dừng, mở van và bơm chất lỏng; sau khi đủ lượng đặt, bơm dừng, van đóng, băng tải chạy lại CB2 phát hiện chai, xylanh đẩy nắp; xylanh đóng nắp hoạt động sau khi nắp đúng vị trí (khoảng 5s) Băng tải tiếp tục chạy, CB3 xác nhận chai vào thùng Chu trình lặp lại đến khi đủ số lượng sản phẩm, ấn Stop để dừng.
Chế độ Manul(Bằng tay) : Ấn nút S_Dongco để bật động cơ băng tải , nhả ra thì tắt động cơ , tương tự với các nút S_Bom , S_Van , S_XLDay ,S_Xldong
Hình 4.3 Giao diện thiết kế hệ thống chiết rót trên WinCC
4.5 Tag đầu vào, đầu ra
Hình 4.4 Tag đầu vào hệ thống
Hình 4.5 Tag đầu ra hệ thống
Hình 4.6 Hệ thống chạy chế độ Auto
Hình 4.7 Hệ thống chạy chế độ bằng tay
Khối chương trình đèn báo:
Hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động cho nhà máy sản xuất nước cam, ứng dụng được trong ngành nước trái cây và nước ngọt, đã được thiết kế, triển khai và thử nghiệm thành công Hệ thống này chứng minh hiệu quả trong việc tự động hóa sản xuất, tăng năng suất, đảm bảo chất lượng sản phẩm và giảm lãng phí.
Hệ thống chiết rót tự động sử dụng PLC S7-1500 của Siemens đảm bảo độ chính xác cao, linh hoạt điều chỉnh số lượng sản phẩm và giám sát từ xa, tối ưu hóa quy trình, giảm thiểu thao tác thủ công và tiết kiệm tài nguyên Ứng dụng này thành công trong việc tích hợp tự động hóa vào sản xuất, nâng cao năng suất và thúc đẩy phát triển công nghiệp.
Hệ thống hiện tại, dù hiệu quả, vẫn chưa tích hợp đầy đủ chức năng cảnh báo sự cố như ngắn mạch hay lỗi cảm biến.
Nghiên cứu đề xuất phát triển hệ thống bằng cách bổ sung chức năng giám sát nâng cao (bao gồm cảnh báo sự cố và bảo trì), mở rộng khả năng kết nối mạng, và cải tiến giao diện người-máy để tăng tính an toàn, độ tin cậy, và khả năng mở rộng, đồng thời nâng cao trải nghiệm người dùng.