Mô hình dây chuyền chiết rót đóng chai tự động

Hệ thống dây chuyền chiết rót đóng nắp tự động là không thể thiếu và rất quan trọng trong các nhà máy.Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn đó nhóm đã thiết kế và thi công “ Mô Hình Dây Chuyền

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô ở trường Cao Đẳng Kỹ Thuật CaoThắng luôn động viên và dạy dỗ dẫn bước cho chúng em mỗi khi khó khăn giúpchúng em định hướng được những bước ngoặc sắp tới

Chúng em xin cảm ơn thầy cô trong bộ môn Cơ Điện Tử đã dành tất cả tâmhuyết và tri thức của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trongsuốt thời gian học tập tại trường

Chúng em xin cảm ơn thầy HÀ NHƯ LÊ NGỌC THÀNH chủ nhiệm lớp CĐCĐT 12B đã dành thời gian quan tâm , giải đáp những thắc mắc mỗi khi chúng emcần và cũng là người thầy luôn tận tình giúp đỡ, trực tiếp hướng dẫn chúng em , tạođiều kiện cho chúng em học tập và giúp chúng em để có thể hoàn thiện được đồ án tốtnghiệp này

Một lần nữa chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Chúc các thầy các

cô dồi dào sức khỏe luôn thành công trong công việc và cuộc sống , niềm tin để tiếptục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau

TP.HCM,ngày 13 tháng 07 năm 2015

Nhóm thực hiện đề tàiPhan Minh TríQuách Kim ThànhChúng Phát LongPhạm Thành Nam

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

Chữ ký giáo viên:

ThS.Hà Lê Như Ngọc Thành

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN:

Chữ ký của giáo viên:

DANH MỤC CÁC BẢNG , SƠ ĐỒ , HÌNH

Hình 2 1 : Mô hình thiết kế trên bản vẽ 2

Hình 2 2 : Hình chiếu của mô hình 3

Hình 2 3: Mô hình thực tế 4

Hình 2 4 : Cảm biến quang tiệm cận 5

Hình 2 5 : Opto 6

Hình 2 6 : Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lò xo (b) 7

Hình 2 7 : Xy lanh đôi tác động kép dùng trong mô hình 8

Hình 2 8 : Xy lanh đơn tác động kép dùng trong mô hình 8

Hình 2 9 : Trạng thái OFF và ON của van đảo chiều 9

Hình 2 10 : Van đảo chiều 5/2 dùng trong mô hình 9

Hình 2 11 : Van điện từ 10

Hình 2 12 : Van điện từ và van cơ trong mô hình 11

Hình 2 13 : Relay 11

Hình 2 14 : Relay và đế được dùng để điều khiển động cơ mô hình 12

Hình 2 15 : Động cơ DC 24V 12

Hình 2 16 : Công tắc hành trình 13

Hình 2 17 : Nguồn tổ ong thông dụng 14

Hình 2 18 : Nguồn được mắc và bố trí trong hệ thống 14

Hình 2 19 : Nút nhấn 15

Hình 2 20 : Băng tải chính của mô hình 16

Hình 2 21 : Bộ truyền đai 17

Hình 2 22 : Băng tải dạng tròn của mô hình 18

Hình 2 23 : Cơ cấu rót nước của mô hình (mặt trước ) 19

Hình 2 24 : Cơ cấu rót nước của mô hình ( mặt sau ) 20

Hình 2 25 : Băng tải nắp 21

Hình 2 26 : Hộp trữ nắp 22

Hình 2 27 : Hộp phân loại nắp 22

Hình 2 28 : Cơ cấu vặn nút chai trong thực tế của mô hình 23

Hình 2 29 : Đầu vặn nắp 24

Hình 2 30 : Cấu trúc PLC S7-200 26

Hình 2 31 : Mô hình tổng quát của một PLC 27

Hình 2 32 : PLC S7-200 CPU 224 30

Hình 2 33 : Sơ đồ mạch opto 33

1 Chương 1 : GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề :

- Trong thực tế việc tự động hóa trong quá trình sản xuất và ứng dụng mang một ýnghĩa hết sức to lớn , có thể nói tự động hóa là ngành đánh giá sự phát triển của côngnghiệp trên thế giới nói chung và một quốc gia nói riêng Sự phát triển của công nghiệpđặc biệt là công nghệ tự động đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất , thiết bị máymóc hiện đại với những đặc điểm vược trội như là tốc độ cao , khả năng thích ứng và

có tính chuyên môn hóa … đã và đang ứng dụng rộng rãi trong nền công nghiệp nướcnhà

- Trong công nghiệp các nhà máy nước uống đóng chai ngày càng nhiều và đa dạng

về chủng loại cũng như thương hiệu Hệ thống dây chuyền chiết rót đóng nắp tự động

là không thể thiếu và rất quan trọng trong các nhà máy.Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn

đó nhóm đã thiết kế và thi công “ Mô Hình Dây Chuyền Chiết Rót Đóng Chai TựĐộng ” dùng PLC để điều khiển

1.2 Mục tiêu đề tài :

- Nắm được cách viết chương trình cho hệ thống sử dụng PLC Thiết kế và tiếnhành thi công phần cứng cho “Mô Hình Dây Chuyền Chiết Rót Đóng Chai Tự Động”.Đảm bảo hệ thống hoạt động đúng theo chương trình điều khiển

1.3 Nội dung đề tài :

- Tìm hiểu về cấu tạo nguyên lý hoạt động của nút nhấn , van điện từ , van khí nénđiều khiển bằng điện , quang cảm biến , công tắc hành trình , relay chung với các thiếtbị.Sử dụng phần mềm lập trình cho PLC để hoạt động đúng yêu cầu công nghệ Vẽ sơ

đồ khối , sơ đồ kết nối của hệ thống chiết rót đóng chai ,giải thuật và viết chương trìnhđiều khiển cho hệ thống PLC.Nhận xét và đưa hướng phát triển cho đề tài

2 Chương2 : THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 2.1 Phần cơ khí :

2.1.1 Mô hình thiết kế trên máy :

Hình 2.1: Mô hình thiết kế trên bản vẽ

2.1.2 Hình chiếu của mô hình :

Hình 2.2: Hình chiếu của mô hình

Chú thích :

1: Băng tải dạng tròn 5: Hộp trữ nắp.2: Băng tải chính 6: Hộp phân loại nắp.3: Cơ cấu rót nước 7: Cơ cấu vặn nắp.4: Băng tải nắp 8: Hộp đựng nắp lỗi

2.1.3 Mô hình trên thực tế :

Hình 2.3: Mô hình thực tế.

2.1.4 Vật liệu cơ khí dùng trong mô hình và lí do sử dụng :

- Sắt U , sắt V , sắt tấm 1 li :

+ Chịu tải lớn , chịu được rung lắc

+ Giá thành tương đối chấp nhận được

+ Có thể tăng thêm tính mỹ thuật bằng cách dùng sơn

+ Gia công chính xác theo bảng vẽ

+ Có nhiều lựa chọn về mặt mỹ thuật ( độ dày , màu sắc )

2.1.5 Các thiết bị dùng trong hệ thống :

2.1.5.1 Cảm biến :

Hình 2.4: Cảm biến quang tiệm cận.

- Cảm biến được sử dụng trong hệ thống là cảm biến quang tiệm cận

để xuất tín hiệu ra

- Vai trò : Cách li điều khiển giữa hai tầng mạch điện khác nhau.

2.1.5.3 Cơ cấu chấp hành :

Nhiệm vụ :

- Cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến đổi năng lượng khí nén thành năng lượng cơhọc Cơ cấu chấp hành có thể chuyển động thẳng ( Xy lanh ) hoặc chuyển động quay(động cơ khí nén )

a bHình 2.6: Chiều tác động ngược lại do ngoại lực (a) và do lò xo (b)

- Xy lanh tác động 2 chiều ( Xy lanh tác động kép ) :

+ Khí nén được đưa vào 2 phía của xy lanh , do yêu cầu điều khiển mà xy lanh

đi vào hay đi ra sẽ tùy thuộc vào việc đưa khí nén vào phía nào của xy lanh

Hình 2.7 : Xy lanh đôi tác động kép dùng trong mô hình

Hình 2.8: Xy lanh đơn tác động kép dùng trong mô hình.

2.1.5.4 Van đảo chiều :

- Van đảo chiều có nhiệm vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng mở haythay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén

Hình 2.9 : Trạng thái OFF và ON của van đảo chiều

Hình 2.10 : Van đảo chiều 5/2 dùng trong mô hình.

2.1.5.5 Van điện từ :

Hình 2.11 : Van điện từ

- Thông số :

+ Mã sản phẩm : UNI-D(UD-8).

+ Đường kính d = 20 mm

+ Điện áp hoạt động 24VDC 2 cửa

+ Áp suất làm việc 0.8 Mpa

+ Nhiệt độ cho phép 5 – 80 độ C

+ Kích thước đường ống ∅ 12

- Nguyên lý hoạt động :

+ Van điện từ có tác dụng đóng mở khi có dòng điện đi qua.Van điện từ

UNI-D là van thường đóng , khi có dòng điện đi qua van sẽ thay đổi trạng thái đóngthành mở , cho chất lỏng và khí đi qua

- Ngoài ra còn kết hợp thêm van cơ để điều tiết áp chất lỏng đảm bảo với cùng mộtthời gian rót thì lượng chất lỏng được rót ở ba vòi là bằng nhau

Hình 2.12 : Van điện từ và van cơ trong mô hình.

2.1.5.6 Relay :

Hình 2.13 : Relay

- Mã số sản phẩm : IEC255.

- Cường độ hoạt động : 5A

- Tiếp điểm có thể dùng cả 240V AC và 24V DC

- Model của đế : 2-M4X10 là loại 8 chân nhỏ

Hình 2.14 : Relay và đế được dùng để điều khiển động cơ mô hình

2.1.5.7 Động cơ :

Hình 2.15 : Động cơ DC 24V

- Thông số :

+ Đường kính ngoài 5 cm

+ Điện áp hoạt động : 24 VDC

- Có thể đảo chiều động cơ dễ dàng bằng cách đổi 2 dây 5V và 0V

- Ba động cơ đồng bộ của cơ cấu vặn nắp chai có số vòng quay 150 vòng/phút

- Động cơ của băng tải chính có số vòng quay 40 vòng / phút

- Một động cơ của băng tải hệ thống cắp nắp có số vòng quay 60 vòng / phút

- Tùy model của motor khác nhau nhưng điều có cường độ dòng điện khoảng 1,5A

- Công suất khoảng 5 – 7 W

- Động cơ có tích hợp bộ giảm tốc

2.1.5.8 Công tắc hành trình :

Hình 2.16 : Công tắc hành trình

- Công tắc hành trình là loại công tắc có tiếp điểm thường đóng hoặc thường mở

- Công tắc hành trình có chức năng đóng mở mạch điện và nó được đặt trên đườnghoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến một vị trí nào đó sẽ tác độnglên công tắc Hành trình có thể tịnh tiến hoặc quay

- Khi công tắc hành trình tác động thì nó sẽ là đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó

có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác Người ta dùng công tắc hành trìnhvào các mục đích như :

+ Giới hạn hành trình ( khi cơ cấu đến vị trí giới hạn tác động vào công tắc sẽlàm ngắt nguồn cung cấp cho cơ cấu -> có thể vượt qua vị trí giới hạn )

+ Hành trình tự động kết hợp với các Relay , PLC hay VĐK để cơ cấu đến vịtrí trước sẽ tác động cho cơ cấu khác hoạt động ( hoặc chính cơ cấu đó )

2.1.5.9 Khối nguồn :

Hình 2.17 : Nguồn tổ ong thông dụng

Hình 2.18 : Nguồn được mắc và bố trí trong mô hình

- Khối nguồn cấp xung 24V-10A.

- Khối nguồn 5V-20A

2.1.6 Các cơ cấu quan trọng trong mô hình :

2.1.6.1 Hệ thống băng tải :

Băng tải chính :

Hình 2.20 : Băng tải chính của mô hình

- Vật liệu và kích thước băng tải :

- Băng tải dài 1,35 m

- Rộng 80 cm

- Đai vải cao su ép mí bằng máy ép nhiệt

- Ổ bi sử dụng 608RS

- Rulo được kết hợp với trục ∅8 bằng mối hàn chất liệu Rulo là ống sắt

- Tính chất của băng tải : Sử dụng ma sát từ sự tiếp xúc của đai vải cao su và Rulo

để tạo thành chuyển động và tải hàng có khối lượng lớn

- Đối với hệ thống, băng tải có thể tải tối đa 10 kg với điều kiện lực phân bố vàkhông tập trung tại một điểm

- Động cơ được sử dụng trong băng tải chính là động cơ DC 24V có số vòng quay

- Vận hành băng tải trong mô hình : Khi khởi động thì băng tải hoạt động đưa chai

từ băng tải dạng tròn đến cơ cấu rót nước của mô hình và dừng lại Sau khi rót nướcxong thì băng tải lại hoạt động đưa chai từ cơ cấu rót nước tới cơ cấu vặn nắp của môhình và dừng lại Sau khi vặn nắp xong thì băng tải tiếp tục hoạt động đưa chai từ cơcấu vặn nắp ra ngoài và kết thúc quy trình làm việc

Băng tải dạng tròn :

Hình 2.22 : Băng tải dạng tròn của mô hình

- Đường kính : d = 26 cm

- Chất liệu : Sắt, nhông nhôm , đai răng cao su

- Tính chất băng tải : Thiết kế sườn theo yêu cầu của hệ thống , chuyển động chủyếu là chuyển động tròn quanh trục

- Đối với hệ thống băng tải có thể tải được 6 chai trong thời gian tối đa 0.3 phút

- Động cơ trong băng tải dạng tròn là động cơ DC 24V có số vòng khoảng 40 vòng/phút.Ngoài ra còn có một đĩa đỡ và một đĩa xoắn ốc tạo ra quỹ đạo có xu hướng dichuyển từ trên xuống theo hình tròn

- Ngoài sử dụng bộ truyền đai và nhông còn dùng thêm một cặp bánh răng côn cótác dụng biến đổi phương chuyển động.

2.1.6.2 Cơ cấu rót nước :

Hình 2.23: Cơ cấu rót nước của mô hình (mặt trước )

Hình 2.24: Cơ cấu rót nước của mô hình ( mặt sau ).

- Được thiết kế riêng cho mô hình , rót nước tối đa mỗi lần 3 chai ,nhưng mỗi vòiđược điều khiển chiết rót tách biệt bằng từng van điện từ Ngoài ra còn sử dụng 3 van

cơ để đảm bảo áp của 3 vòi tương đối bằng nhau

- Đường dẫn từ nguồn nước là ống nhựa dẻo , vòi tiếp xúc với chai là inox 102 ,đảm bảo tính vệ sinh và không rỉ sét

- Có nhiều cách điều khiển rót nước , điều khiển thông qua van điện như trong hệthống và điều khiển bơm trực tiếp : Mỗi hình thức đều có ưu và nhược điểm riêng dùcách điều khiển như trong hệ thống gặp nhiều khó khăn nhưng nhận thấy đây là cơ hộitiếp xúc với các linh kiện , hiểu rõ hơn về áp nước và cách điều tiết Đó là ưu điểm sâu

xa và nổi bật nhất

- Vận hành : Băng tải chính đưa chai từ băng tải xoay đến cơ cấu rót nước Lúc này

sẽ có một xy lanh đi ra chặn chai và cảm biến bắt đầu nhận tín hiệu làm cho xy lanh đixuống và van nước mở để rót nước Sau một khoảng thời gian rót nước thì van nướcđóng ( thời gian có thể thay đổi được tùy theo thể tích của chai ) xy lanh đi lên vàxylanh chặn vào

2.1.6.3 Cơ cấu tải nắp và tra nắp :

- Vật liệu gồm : Nhôm , sắt , mica , nhôm nhựa

- Hộp phân loại : Phân loại nắp đúng và không đúng để có cách xử lý.

- Đối với nắp đúng sẽ được đưa thẳng đến rãnh chờ để tra nắp

- Đối với nắp không đúng sẽ được loại ra bằng đường khác Những nắp này theorãnh trượt đến hộp chứa nắp bị loại những trường hợp này cũng không xảy ra quánhiều ( khoảng 20 %) là do phần đầu tiếp nắp từ băng tải được được lắp đặt với độnghiêng , độ hở và khoảng chênh lệch giúp một phần nắp không đúng được đảo lại

- Đây là phần tương đối khó và mất nhiều thời gian nhất của cả nhóm Tuy cònnhiều nhược điểm như chưa tái sử dụng lại các nắp không đúng một cách tự động.Nhưng bù lại hệ thống này đảm bảo được tính ổn định về số lượng nắp cung cấp và độchình xác về mặt tra nắp tránh được một số sự cố như kẹt nắp , nắp bị ùn ứ …

- Vận hành : Sau khi được rót đầy nước thì chai sẽ theo băng tải chính đến cơ cấutra nắp.Lúc này băng tải nắp hoạt động đưa nắp từ hộp trữ nắp vào hộp phân loại , khichai đi qua thì nắp sẽ tự động tra vào miệng chai

2.1.6.4 Cơ cấu vặn nắp :

Hình 2.28 : Cơ cấu vặn nút chai trong thực tế của mô hình

- Vật liệu : Nhôm , nhôm nhựa.

- Hệ thống là ứng dụng của cả điện tử và cơ khí với toàn bộ các chi tiết được giacông bằng tay của các thành viên trong nhóm Ứng dụng thành công môn thực hànhtiện phay và gia công chính xác chi tiết

- Hệ thống gồm 2 giai đoạn nhận tín hiệu và xử lý tín hiệu

- Cảm biến quang tiệm cận được lắp đặt để nhận biết sự có mặt của 3 chai đã có nắpsau đó xuất tín hiệu cho PLC chai được khống chế 5 bậc tự do và cố định bằng xy lanhđôi đóng vai trò cố định chai Ba động cơ đảm bảo đồng bộ về số vòng quay được gálắp chắc chắn vào xy lanh đôi khác tạo ra chuyển động tịnh tiến cùng phương với 3chai

- Ba đầu vặn nắp được tiện riêng biệt cho động cơ và kích thước chai của mô hình,đảm bảo độ chính xác tương đối chuẩn , giúp thuận lợi cho việc lắp đặt

- Ngoài ra lòng trong được tiếp xúc với nắp được thiết kế được thiết kế tạo thànhhình nón cụt , giúp đưa nắp nghiêng xéo trong lúc tra về đúng tâm và đạt sự ma sát tốtnhất , giúp nắp được vặn chắc chắn

Hình 2.29 : Đầu vặn nắp

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

2.2 Phần điều khiển :

- Sử dụng thiết bị điều khiển là PLC S7-200

2.2.1 Giới thiệu sơ lược về PLC S7-200 :

- S7-200 là thiết bị điều khiển logic lập trình loại nhỏ của hãng Siemens , có cấutrúc theo kiểu module và có các module mở rộng Các module này được sử dụng chonhiều ứng dụng lập trình khác nhau

- S7-200 thuộc nhóm PLC loại nhỏ , quản lý một số lượng đầu vào/ra tương đối ít

- Có từ 6 đầu vào / 4 đầu ra số ( CPU 221 ) đến 24 đầu vào / 16 đầu ra số ( CPU

226 ) Có thể mở rộng các đầu vào / ra số bằng các module mở rộng

- Kiểu đầu vào IEC 1131-2 hoặc SIMATIC Đầu vào sử dụng mức điện áp 24V DC, thích hợp với các cảm biến

- Có 2 kiểu ngõ ra là Relay và Transitor cấp dòng

- Tích hợp sẵn cổng Profibus hay sử dụng một module mở rộng , cho phép tham giavào mạng Profibus như một Slave thông minh

- Có cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với đầu nối 9 chân Tốc độ truyền cho máylập trình kiểu PPI là 9600 bauds , theo kiểu tự do là 300 – 38,400 bauds

- Tập lệnh có đủ lệnh bit logic , so sánh , bộ đếm , dịch / quay thanh ghi , timer chophép lập trình điều khiển logic dễ dàng

- Ngôn ngữ lập trình : LAD , STL , FBD

Trang 32

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Ths Hà Lê Như Ngọc Thành

+ Module đầu vào

+ Module đầu ra

+ Module đơn vị xử lý trung tâm ( CPU )

+ Module bộ nhớ

+ Module quản lý khối ghép vào ra

Trang 33