Đồ án chiết rót-Đại học công nhiệp Hà Nội

Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy MỤC LỤC Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy DANH MỤC BẢNG Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy DANH MỤC HÌNH Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp, chúng em học hỏi nhiều điều bổ ích từ thầy cô khoa Công nghệ kỹ thuật Điện - Điện Tử bạn Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo, cô giáo khoa Công nghệ kỹ thuật Điện –Điện Tử dạy bảo, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu cho chúng em suốt năm học tập trường Đặc biệt, nhóm sinh viên chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Th.S Võ Thị Cẩm Thùy, người trực tiếp hướng dẫn, cung cấp tài liệu, kiến thức quý giá tạo điều kiện trang thiết bị suốt trình làm đồ án để chúng em hoàn thành đồ án cách tốt Sau cùng, chúng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân người bạn lớp ĐH Điện - K8 toàn thể bạn sinh viên khoa Công nghệ kỹ thuật Điện - Điện Tử bên cạnh giúp đỡ, động viên đóng góp ý kiến cho chúng em suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành đồ án tốt nghiệp Hà Nội, ngày 20, tháng 03, năm 2017 Nhóm sinh viên thực LỜI NÓI ĐẦU Hiện tự động hóa dây chuyền sản xuất công nghiệp quan trọng phát triển quốc gia Với quốc gia phát triển Mỹ, Nhật…thì tự động hóa không xa lạ trở nên quen thuộc Ở nước máy móc thay người, số lượng công nhân nhà máy giảm hẳn thay vào lao động chuyên môn, kỹ sư có trình độ, điều khiển giám sát trực tiếp trình sản xuất thông qua máy Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy tính Việt Nam nước phát triển nhu cầu đại hóa công nghiệp điều quan trọng phát triển kinh tế Một ứng dụng giám sát WinCC (Windows Control Centre), giúp ta điều khiển giám sát toàn trình sản xuất thông qua máy tính mà trực tiếp xuống nơi sản xuất để quan sát Những điều chứng tỏ tầm quan trọng tự động hóa việc ứng dụng WinCC lĩnh vực tự điều khiển động hóa Ngày nay, nhu cầu người tiêu dùng, ngành sản xuất đồ uống đóng chai phát triển mạnh mẽ Trong Việt Nam có dây chuyền sản xuất đại, đảm bảo vệ sinh Việc nhập ngoại dây chuyền sản xuất tốn kém Với lý kết hợp với yêu cầu đề tài giao là: “Nghiên cứu, xây dựng mô hình phòng thí nghiệm từ toán thực tế có sư dụng PLC S7-1200 WinCC” Chúng em xin áp dụng vào đề tài: “Nghiên cứu thiết kế dây chuyền chiết rót đóng nắp chai sư dụng PLC S71200 giám sát bằng WinCC” Hà Nội, ngày 20, tháng 03, năm 2017 Nhóm sinh viên thực CHƯƠNG I:TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐÔNG 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, với ứng dụng khoa học kỹ thuật, giới có chuyển biến rõ rệt ngày tiên tiến hơn, đại Sự phát triển công nghệ, đặc biệt công nghệ tự động tạo hàng loạt dây chuyền sản xuất, thiết bị máy móc đại với đặc điểm vượt trội nhờ xác cao, tốc độ nhanh, khả thích ứng, chuyên môn hóa…đã ứng dụng rộng rãi công nghiệp đại Công nghệ tự động hoá trở thành nghành kỹ thuật đa nhiệm Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy vụ,nó đáp ứng đòi hỏi không ngừng nghành khác công nghiệp, xây dựng, y tế… kể nông lâm nghiệp ngày ứng dụng nhiều thực tế đời sống hàngngày Nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Để thực công việc cách khoa học nhằm đạt số lượng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi kinh tế Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội Trong công nghiệp, nhà máy sản xuất nước uống đóng chai dây chuyền chiết rót đóng nắp khâu thiếu quan trọng Với ý nghĩa em chọn đề tài: “Thiết kế điều khiển giám sát cho hệ thống chiết rót, đóng nắp chai sư dụng PLC S7-1200 WinCC” 1.2 Mục tiêu đề tài - Chế tạo thành công mô hình chiết rót đóng nắp chai - Sử dụng PLC S7-1200 để xây dựng chương trình điều khiển - Thiết kế giao diện giám sát, điều khiển WinCC - Mô hình hoạt động ổn định, linh hoạt 1.3 Phương pháp phương tiện nghiên cứu Do chúng em chưa có kinh nghiệm chế tạo mô hình thật nên gặp nhiều khó khăn việc thiết kế, chế tạo vào kết nối sản phẩm với PLC S7- 1200 Nhóm thực đề tài sử dụng phương pháp chủ yếu: - Phương pháp mô mô hình nhỏ, thiết kế lý thuyết: Chúng em thực thiết kế chế tạo sản phẩm - Phương pháp tính toán: Tính toán lựa chọn linh kiện, từ thực nghiệm điều chỉnh thông số cho phù hợp công nghệ Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MÔ HÌNH TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM 2.1 Tổng quan về mô hình 2.1.1 Nguyên lý hoạt động mô hình Hình 2.1 Bản vẽ mô hình Mô hình dây chuyền công nghệ thực hai khâu chiết rót đóng nắp chai: - Khi ấn nút Start hệ thống khởi động, vỏ chai Nutri đưa vàobăng tải bắt đầu trình chiết rót đóng nắp Nguồn nước tinh khiết từ bể chứa nối vào hệ thống (Hệ thống thực tế) - Băng tải hoạt động đưa chai rỗng di chuyển Chai Nutri cảm biến phát vật phát hiện, chặn lại vị trí chiết rót Xylanh chặn Khi chai giữ vị trí chiết rót sau thời gian trễ khoảng 1s xi lanh bơm đưa vòi nước xuống Khi vòi nước đưa vào miệng chai, PLC điều khiển Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy máy bơm nước hoạt động, thể tích nước kiểm soát thông qua cảm biến lưu lượng (thể tích nước điều chỉnh được) Khi nước bơm đủ, bơm tắt xi lanh bơm đưa bơm lên Khi vòi nước đưa lên xi lanh chặn vị trí chai đưa sang khâu đóng nắp - Nắp chai Nutri lấp đầy máng chứa đưa vào đầu chai chai chạy qua - Sau chai đưa vào vị trí đóng nắp chai Chai cảm biến vật phát Cảm biến đưa tín hiệu PLC điều khiển xi lanh chặn số tác động chặn chai lại.Sau thời gian trễ 1s động vặn nắp hoạt động xi lanh vặn nắp đưa động vặn nắp xuống Khi nắp chai vặn chặt (Điều khiển thời gian vặn qua Timer) động vặn nắp dừng xi lanh vặn lên Khi xi lanh vặn lên hết hành trình xi lanh chặn vị trí 0, băng tải đưa chai sang khâu - Hệ thống sử dụng PLC Siemens làm khối điều khiển trung tâm, điều khiển xuyên suốt hệ thống Và toàn trình giám sát, điều khiển máy tính sử dụng phần mềm WinCC 2.1.2 Phạm vi áp dụng - Cơ sở sản xuất nước uống tinh khiết đóng chai nước khoáng, bia, rượu số loại nước khác - Chai nước sử dụng: (Chai Nutri boost ) • • • • • • • Đường kính đáy 60mm Chiều cao chai 168mm Đường kính cổ chai 25mm Chiều cao từ đáy chai đến cổ chai 140mm Đường kính nắp chai 31mm Chiều cao nắp 15mm Chất liệu nhựa Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy 2.1.3 Yêu cầu thiết kế - Lắp ráp hoàn chỉnh hệ thống chiết rót, đóng nắp chai hoạt động ổn định tin cậy - Giám sát WinCC đủ trình hệ thống - Khung sườn thiết bị: thiết kế thép không gỉ gỗ, chắn chịu lực rung trình vận chuyển - Ống dẫn nước: ống chịu áp lực cao PVC, đảm bảo an toàn vệ sinh, không đóng cặn, gỉ sét gây nấm mốc vi sinh 2.1.4 Các chức mô hình - Mô hình kết hợp2 khâu: chiết rót đóng nắp chai thành đoạn dây chuyền - Mạch điều khiển trung tâm PLC S7-1200 Siemens: điều khiển xuyên suốt hệ thống chiết rót, đóng nắp Hiển thị trạng thái hoạt động hệ thống phần mêm mô giám sát WinCC Khi có cố xảy ra, hệ thống dừng khẩn cấp, nhấn nút stop hệ thống Reset lại, nhấn Stat để khởi động lại hệ thống 2.1.5 Các công nghệ chiết rót đóng nắp chai a, Chiết nước vào chai Hiện có nhiều công nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng có cách chiết khác như: nước có gaz, nước không gaz, chất lỏng cô đặc Định lương sản phẩm lỏng chiết thể tích định sản phẩm lỏng rót vào chai, bình, lọ … Định lượng sản phẩm lỏng máy sử dụng rộng rãi nhiều nghành sản xuất thực phẩm.khi định lượng máy cải thiện điều kiện vệ sinh, đảm bảo suất cao, định lượng cách xác - Các phương pháp định lương chủ yếu có: Định lượng định mức: chất lỏng định lượng xác nhờ - bình định mức trước ki rót vào chai Đinh lượng chiết tới mức cố định: chất lỏng chiết tới mức cố • định chai cách chiết đầy, sau lấy khối thể tích bù trừ rakhỏi Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang 10 Đồ Án Tốt Nghiệp • GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Hệ thống dùng máy tính (sing-user System): Cấu trúc thường dùng cho ứng dụng nhỏ với hệ thống hoạt động độc lập Tuy nhiên nối với máy tính văn phòng khác thông qua mạng LAN • Hệ thống điều khiển dùng nhiều máy tính (multi-user System): Cấu trúc cho phép nhiều người tham gia điều khiển công đoạn khác trình Các thông tin hoạt động công đoạn truy cập tới thông qua tất máy tính Các máy tính hoạt động điều phối thống chia sẻ dịch vụ chung Hệ thống kiểu hoạt động theo nguyên tắc clientserver Trạm chủ chịu trách nhiệm nhiệm vụ trung tâm phối ghép thu thập số liệu cho trạm khách (máy tính) Việc áp dụng cấu trúc kiểu yêu cầu modul phần mềm WinCC/Server • Cấu trúc Client/server có dự phòng: Ưu cấu trúc tạo nên tính toàn vẹn liệu Modul phần mềm WinCC/Redundancy cho phép hai trạm chủ (Server) làm việc song song Trong trường hợp bình thường, hai trạm chủ hoạt động giống hệt Nếu hai trạm có cố, lập tức trạm lại đóng vai trò chủ đạo hệ thống tự động chuyển yêu cầu trạm khách (Client) sang trạm chủ hoạt động Sau cố khắc phục, liệu tự động chuyển từ trạm làm việc sang trạm có cố trở trạng thái làm việc ban đầu Quá trình không ảnh hưởng tới trình hoạt động trực tuyến hệ thống • Cấu trúc hệ thống phân tán với nhiều trạm chủ Trong cấu trúc phân tán, toàn ứng dụng chia sẻ cho nhiều trạm chủ Việc phân chia nâng cao khả hoạt động hệ thống Về nguyên tắc, toàn nhiệm vụ giám sát chia cho nhiều trạm chủ dựa theo cấu trúc nhà máy hay dựa theo chức phận hệ thống Đối với cấu trúc phân tán dùng nhiều trạm chủ, trạm chủ yếu cần Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 79 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy quyền phần mềm cho trạm chủ (WinCC / Server option) Sự phân chia nhiệm vụ cụ thể cho trạm chủ qui định cấu hình hệ thống (do người cài đặt định) Hệ thống cung cấp nhìn tổng thể cho hệ thống việc thể thông tin nhiều trạm chủ kết hợp lại Với WinCC, hệ thống có thề chia thành cấu trúc phân tán có tới trạm chủ, trạm chủ phục vụ tới 16 trạm khách (Client) Trong trường hợp cần thiết, hệ thống nhiều trạm chủ cấu trúc thành cấu trúc dự phòng WinCCtruyền thông với SIMATIC S7 qua chuẩn sau: • • MPI • Profibus • Industrỉal Ethenet TCP/IP ( OPC) e Tích hợp WinCC S7- 1200 Từ phiên tia v13.0 Wincc tích hợp phần mềm Việc sử dụng trở nên đơn giản nhiều Tuy Giao diện có chút khác biệt nội dung không thay đổi nhiều Sau em xin trình bày thứ tự bước thiết kể giao diện giám sát điều khiển WinCC v13.0 Yêu cầu: cổng mạng kết nối PLC S7- 1200 với máy tính Tổng quan bước kết nối truyền thông WinCC S7-1200 Tiaportal V13 • • Bước 1: Mở phần mềm Tiaportal V13 Bước 2: Tạo Project S7-1200 - Tạo project - Đặt tên cho project - Xác nhận tạo project Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 80 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Hình 3.14 Tạo Project • Bước 3: Chọn CPU loại S7-1200 CPU chọn CPU 1214 Hình 3.15 Chọn CPU 1214 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 81 Đồ Án Tốt Nghiệp • GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Bước 4: Mở Wincc Hình 3.16 Mở Wincc Tiaportal V13 • Bước 5: Lấy thêm cổng kết nối Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 82 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Hình 3.17 Lấy cổng kết nối cho Wincc • Bước 6: Kết nối Wincc CPU S7-1200 Hình 3.18 Tạo kết nối Wincc CPU S7-1200 • Bước 7: Tạo giao diện Wincc Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 83 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Hình 3.19 Tạo giao diện Wincc Bước 8: Thiết kế Lấy nút ấn đèn báo • 1) Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 84 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Hình 3.20 Lấy đèn nút ấn Wincc 2) Lấy đối tượng mô Hình 3.21 Lấy đối tượng Wincc Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 85 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Hình 3.22 Lấy đối tượng cần thiết để mô • Bước 9: Lập trình Muốn lập trình đối tượng ta chọn vào mục PROPERTIES, từ chọn phần cần lập trình Những bước số bước để kết nối Wincc với PLC S7-1200 Trong trình tạo dự án, ta xác định địa Ethernet 192.168.0.1 Tạo biến WinCC, biến nhận liệu khối liệu để kết nối với S7-1200 Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 86 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy 3.2.3 Giao diện mô mô hình Sau thiết kế xong WinCC ta mô sau: - Khi chưa ấn nút Start: Hình 3.23 Hệ thống chưa ấn Start - Hệ thống sau nhập số chai yêu cầu chai trình chiết rót: Hình 3.24 Chai trình chiết rót Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 87 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy - Chai qua khâu cấp nắp: Hình 3.25 Chai qua khâu cấp nắp - Chai khâu vặn nắp: Hình 3.26 Chai khâu vặn nắp Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 88 Đồ Án Tốt Nghiệp - GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Khi hệ thống có lỗi: Hình 3.27 Khi hệ thống xảy lỗi - Khi đủ số chai cần chiết rót hệ thống dừng, đèn Stop sáng Hình 3.28 Hệ thống sản xuất đủ số lượng chai yêu cầu Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 89 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy CHƯƠNG IV:CHẠY THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH VÀ ĐƯA RA KẾT LUẬN 4.1 Mô hình thực tế sau thiết kế hoàn thành • Mô hình thực tế sau: Hình 4.1 Khối động lực mô hình Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 90 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Hình 4.2 Khối điều khiển mô hình 4.2 Công tác chuẩn bị để chạy mô hình Để thực thí nghiệm cho hệ thống, nhóm chúng em cần chuẩn bị công cụ để thực hiện: • • • • • Mô hình hệ thống Nguồn cấp Sản phẩm chai Nutri mô Bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200 Chương trình điều khiển nạp sẵn vào điều khiển lập trình • • PLC S7-1200 Máy khí nén để cấp cho hệ thống khí nén Máy tính giám sát hệ thống mô hình thông qua Wincc Công tác chuẩn bị cần thực nhanh chóng, an toàn đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định trước đưa vào chạy thử Chương trình mô cần thực theo yêu cầu toán Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 91 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy 4.3 Công tác thí nghiệm chạy mô hình Quá trình chuẩn bị đầy đủ hoàn tất, nhóm chúng em đưa mô hình vào chạy thử có kết nối điện Việc điều khiển thực hiền thiết bị ngoại vi nút Start/Stop điều khiển máy tính với hình giao diện Wincc.3 Quá trình thực thí nghiệm điều chạy với mô hình thực tế mà nhóm chúng em xây dựng lên 4.4 Hướng phát triển mô hình thí nghiệm Chúng em nhận thấy đề tài có tính ứng dụng cao kiến thức cần tìm hiểu mẻ với đối tượng sinh viên chúng em Chúng em xin đưa hướng phát triển cho đề tài sau: - Phát triển lên hệ thống sản xuất cho nhiều chai Tích hợp thêm khâu dán logo, bọc PVC thùng KẾT LUẬN  Kết đạt là: - Bài thí nghiệm mô trình chiết rót vặn nút - chai, trình giám sát chiết rót vặn nút chai mô hình Bài thí nghiệm thực nhiệm vụ đề tài, tận dụng tối đa thiết bị sẵn có Mô hình chạy theo yêu cầu đặt Hiểu PLC S7 1200, làm quen số chương trình Kết nối thiết bị với dựa mô hình thực tế Đồ án tốt nghiệp sử dụng thiết bị công nghiệp đại PLC, - van điện, xi lanh điện khí nén, động cơ, relay trung gian cảm biến Hình thành cho chúng em kỹ xây dựng hệ - thống Bước đầu tạo cho chúng em có khả thích ứng làm việc theo nhóm -  cách hiệu cho sinh viên Kết chưa đạt là: - Vẫn số hạn chế đưa trình đếm phần giám sát để - thể trực quan Mô hình áp dụng số sản phẩm định Hiểu chưa sâu số cách lập trình WinCC khí nén Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 92 Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy Một số lỗi xảy mô hình không khắc phục phát Mô hình xử lý công đoạn đơn giản Kiến nghị  Sau thời gian thực đồ án tốt nghiệp chúng em xin đưa kiến nghị sau: - Với đề tài có tính ứng dụng công nghiệp liên quan đến thiết bị đại đòi hỏi cần phải có thời gian làm quen sử dụng - nhiều Phòng thực hành nên tạo điều kiện để sinh viên đăng ký sử dụng chịu trách nhiệm thiết bị để thuận tiện trình thực làm đồ án TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong trình thực đồ án, nhóm chúng em có tham khảo số tài liệu trang web để nghiên cứu hoàn thành đồ án cách hoàn thiện Nguồn tái sách: 1) Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC Simatic S7-200 – Th.s Châu 2) Chí Đức PGS.TS Nguyễn Đức Sướng, TS Vũ Nam Ngạn: “Giáo trình máy 3) 4) thủy khí nén” Cơ sở truyền động điện – thầy Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn Giáo trình Đo lường cảm biến – Bộ môn đo lường điều khiển- khoa Điện, trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội Nguồn Internet: 1) 2) 3) 4) 5) http://plcvietnam.com http://plc.vn http://dientuvietnam.net http://khinentienphat.com http://webdien.com Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội Trang 93 .. .Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy DANH MỤC BẢNG Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy DANH MỤC HÌNH Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án. .. tính toán: Tính toán lựa chọn linh kiện, từ thực nghiệm điều chỉnh thông số cho phù hợp công nghệ Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang... rãi công nghiệp đại Công nghệ tự động hoá trở thành nghành kỹ thuật đa nhiệm Trường Đại Học Công Nghiệp Hà NộiTrang Đồ Án Tốt Nghiệp GVHD: Võ Thị Cẩm Thùy vụ,nó đáp ứng đòi hỏi không ngừng nghành