Thiết kế chế tạo hệ thống giám sát quá trình chiết rót và đóng nắp chai tự động

MỤC LỤC MỤC LỤC………………………………………………………………………….............................1 TÓM TẮT ĐỒ ÁN 2 ABSTRACT 4 LỜI NÓI ĐẦU 5 Mục đích nghiên cứu : 5 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, VẶN NẮP CHAI 8 1.1. Tổng quan về dây chuyền 8 1.1.1. Phạm vi áp dụng 8 1.1.2. Yêu cầu thiết kế 8 1.1.3. Các chức năng chính của hệ thống 9 1.1.4. Nguyên lý hoạt động 10 1.1.5. Các công nghệ trên dây chuyền chiết rót, đóng nắp, đóng thùng 11 1.1.5.1. Kiểm tra khuyết tật chai 11 1.1.5.2. Chiết nước vào chai 12 1.1.5.3. Đóng nắp chai 14 1.1.5.4. Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót 15 1.1.5.5. Dây chuyền đóng thùng 16 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7300 18 2.1. Giới thiệu chung 18 2.1.1. Các modul PLC S7300 19 2.1.1.1. Modul CPU 19 2.1.1.2. Modul mở rộng 20 2.2. Ngôn ngữ lập trình 24 2.3. Tập Lệnh S7300 25 2.3.1. Lệnh về timer 25 2.3.2. Bộ đếmCounter 27 2.3.3. Lệnh so sánh 29 2.3.4. Các lệnh về số học 29 2.3.5. Lệnh di chuyển 30 2.3.6. Lệnh dịch bit 30 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG CHIẾT NƯỚC, VẶN NẮP CHAI 31 3.1 Giới thiệu quy trình công nghệ 31 3.1.1 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai 31 3.2 Viết chương trình S7300 32 3.2.2 Phân công vào ra và lập bảng đồ tài nguyên 34 3.2.3 Viết chương trình PLC 34 CHƯƠNG 4 TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 42 4.1 Tổng kết 42 4.2 Hạn chế của đề tài 42 4.3 Hướng phát triển 42 4.4 Mô hình sau khi đã hoàn thành 44 4.5 Mô hình thực tế 45 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

MỤC LỤC

MỤC LỤC……… 1

TÓM TẮT ĐỒ ÁN 2

ABSTRACT 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

Mục đích nghiên cứu : 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, VẶN NẮP CHAI 8

1.1 Tổng quan về dây chuyền 8

1.1.1 Phạm vi áp dụng 8

1.1.2 Yêu cầu thiết kế 8

1.1.3 Các chức năng chính của hệ thống 9

1.1.4 Nguyên lý hoạt động 10

1.1.5 Các công nghệ trên dây chuyền chiết rót, đóng nắp, đóng thùng 11

1.1.5.1 Kiểm tra khuyết tật chai 11

1.1.5.2 Chiết nước vào chai 12

1.1.5.3 Đóng nắp chai 14

1.1.5.4 Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót 15

1.1.5.5 Dây chuyền đóng thùng 16

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300 18

2.1 Giới thiệu chung 18

2.1.1 Các modul PLC S7-300 19

2.1.1.1 Modul CPU 19

2.1.1.2 Modul mở rộng 20

2.2 Ngôn ngữ lập trình 24

2.3 Tập Lệnh S7-300 25

2.3.1 Lệnh về timer 25

2.3.2 Bộ đếmCounter 27

2.3.3 Lệnh so sánh 29

2.3.4 Các lệnh về số học 29

2.3.5 Lệnh di chuyển 30

2.3.6 Lệnh dịch bit 30

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG CHIẾT NƯỚC, VẶN NẮP CHAI 31

3.1 Giới thiệu quy trình công nghệ 31

3.1.1 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai 31

3.2 Viết chương trình S7-300 32

3.2.2 Phân công vào ra và lập bảng đồ tài nguyên 34

3.2.3 Viết chương trình PLC 34

CHƯƠNG 4 TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 42

4.1 Tổng kết 42

4.2 Hạn chế của đề tài 42

4.3 Hướng phát triển 42

4.4 Mô hình sau khi đã hoàn thành 44

4.5 Mô hình thực tế 45

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH M C HÌNH ỤC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thống chiết rót, đóng nắp sữa 11

Hình1.2 Thiết bị chiết rót sữa 11

Hình 1.3 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động 13

Hình 1.4 Máy kiểm tra khuyết tật chai 14

Hình 1.5 Máy chiết bàn quay 16

Hình 1.6 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay 16

Hình 1.7 Cảm biến phản quang 17

Hình 1.8 Bộ phận gắp chai 18

Hình 1.9 Đóng thùng kiểu “Drop” 19

Hình 2.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-300 21

Hình 2.2 Một số CPU của PLC S7-300 22

Hình 2.3 Các loại modul mở rộng của S7-300 24

Hình 2.4 Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC 26

Bảng 3.2 Bảng đồ tài nguyên 36

Hình 3.3 Đặt tên cho Profect 37

Hình 3.4 Chọn Station > 2 Simatic 300 Station 37

Hình 3.5 Chọn các module cho cấu hình phần cứng trạm 38

Hình 3.6 Mở khối OB1 38

Hình 3.7 Nơi viết chương trình cho PLC 39

Hình 3.8 Giao diện Simatic S7 manager 39

Hình 3.9 chương trình điều khiển trên PLC S7-300 43

Hình 4.0 Mặt trước của mô hình 46

Hình 4.1 Mặt sau của mô hình 47

Hình 4.2 Động cơ 1 chiều có giảm tốc 49

Hình 4.3 Bơm một chiều mini 50

Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận 51

Hình 4.5 Hình ảnh thực tế của cảm biến 51

Hình 4.6 Van điện từ 52

Hình 4.7 Xi lanh khí nén 54

Hình 4.8 Nguyên lý làm việc của xy lanh khí nén 54

Hình 4.9 Relay trung gian 55

Hình 4.10 Nút nhấn 56

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trong khóa luận này sẽ đề cập đến thiết kế giao diện để điều khiển, giámsát và thu thập dữ liệu từ xa cho mô hình trộn, chiết rót và đóng nắp chai Giaodiện được thiết kế trên phần mềm WinCC của hãng Siemens với thiết kế đẹpmắt và đầy đủ các tính năng cần thiết cho người vận hành cũng như người giámsát hệ thống

Khóa luận cũng hướng dẫn cụ thể các bước để các bạn khóa sau có thểtham khảo lập trình trên WinCC một cách dễ dàng Một số đoạn chương trìnhlập trình theo ngôn ngữ Visual C++ cơ bản kết hợp với ngôn ngữ lập trìnhVisual Basic hiển thị thông tin tính toan biểu thức Với các chức năng cần thiết,phân quyền người dùng trong WinCC, thiết kế giao diện từ thư viện, tạo nútnhấn, hiển thị tín hiệu Analog Input hoặc Output,hiển thị cửa sổ làm việc nhỏtrên cửa sổ lớn, chuyển đổi giữa các file ảnh khác nhau, tạo cảnh báo Alarmhoặc xuất dữ liệu ra Excel …

Mô hình được điều khiển thông qua PLC S7-300 của Siemens đây cũng làloại PLC cao cấp của Siemens sử dụng rộng rãi trong các khu công nghiệp tựđộng vừa và lớn với yêu cầu ổn định và chất lượng cao Mô hình điều khiển thiết

kế đơn giản với 3 bồn thực hiện cấp nguyên liệu và trộn nhiên liệu, trong môhình này sử dụng cảm biến siêu âm để xác định mực nước trong bồn trộn và thuthập dữ liệu đưa về WinCC Các cảm biến khác bao gồm cảm biến quang để xácđịnh vị trí chai, cảm biến từ xác định vị trí xi lanh, cảm biến điện dung xác địnhmực nước trong chai và hệ thống khí nén cũng được sử dụng

Băng tải có thể điều chỉnh tốc độ bằng tay tuy nhiên các bạn khóa sau cóthể nâng cấp điều khiển tốc độ động cơ băng tải bằng Analog Ouput để pháttriển đề tài Do nhiều khó khăn và kinh phí không cho phép nên mô hình chưađược hoàn thiện như mong muốn Hi vọng quý bạn đọc có thể tìm hiểu khóaluận này để có thể phục vụ cho nhu cầu cần thiết của mình trong học tập haytrong quá trình đi làm tại các nhà máy có sử dụng SCADA

This topic will address the interface design for remote control, datacollection and monitoring of the mixing, filling and capping model Theinterface is designed on Siemens' WinCC software with a beautifully designedand full of essential features for the operator as well as the system supervisor.The course also provides detailed instructions for you to lock the followingcan refer to programming on WinCC easily Some programming sequences inbasic Visual C ++ programming language combine with the Visual Basicprogramming language to display expressive information With the necessaryfunctions, user authorization in WinCC, interface design from the library, buttoncreation, display of Analog Input or Output, display of small windows in largewindows, switching between Various image files, Alarm alert or export data toExcel

The Siemens S7-300 PLC is also a high-end Siemens PLC that is widelyused in large and medium auto parks with high quality and stable requirements.Simple design control model with 3 sinks providing material feed and fuelmixing, in this model use ultrasonic sensor to determine the water level in themixing tank and collect the data to WinCC Other sensors include opticalsensors for locating the cylinders, magnetic sensors locating cylinders,capacitive sensors for determining water levels in cylinders and compressed airsystems also used

Conveyors can be adjusted manually, but the latter can be upgraded tocontrol the speed of the motor with Analog Ouput to develop the subject Due tomany difficulties and funding, the model has not been completed as expected.Hope you read this topic to be able to cater to your needs in learning or in theprocess of working at SCADA factories

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay quá trình tự động hóa trong công nghiệp là hết sức quan trọngđối với sự phát triển của một quốc gia Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật thì tự động hóa không còn xa lạ Ở các nước này máy móc hầu như đã thay thếlao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn và thay vào

đó là những lao động chuyên môn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sáttrực tiếp quá trình sản xuất trên thông qua máy tính Một trong những ứng dụnggiám sát đó là WinCC (Windows Control Centre), nó giúp ta điều khiển và giámsát toàn bộ quá trình sản xuất thông qua máy tính mà không phải trực tiếp xuốngnới sản xuất để quan sát Những điều trên chứng tỏ tầm quan trọng của việc ứngdụng WinCC trong lĩnh vực tự động hóa Việt Nam là nước đang phát triển thìnhu cầu hiện đại hóa trong công nghiệp là điều hết sức quan trọng đối với sựphát triển kinh tế cũng như nhu cầu công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước

Là những sinh viên theo học chuyên ngành “ Kỹ thuật điều khiển và tự

động hóa” cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp

nước nhà, em muốn được nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới

để có nhiều cơ hội biết thêm về kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học,phục vụ tốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa Vì những lí do trên em

đã chọn đề tài: “Thiết kế chế tạo hệ thống giám sát quá trình chiết rót và đóng

nắp chai tự động ”.

Đề tài gồm có các nội dung chính như sau:

Chương I: Tổng quan về dây chuyền chiết rót, vặn nắp chai.

Chương II: Tổng quan về Simatic S7-300

Chương III: Chương trình điều khiển, mô hình thực tế.

Chương IV: Tổng kết và hướng phát triền đề tài.

Mục đích nghiên cứu :

Nắm vững kiến thức về lập trình với S7-300, mô phỏng quá trìnhhoạt động của một hệ thống với WinCC.

Nghiên cứu đề tài nhằm tích lũy kinh nghiệm, học hỏi thêm kiếnthức và phát huy tính sáng tạo, giải quyết vấn đề

Theo phương châm học đi đôi với hành thì việc tạo ra một hệ thống

mô phỏng dùng S7-300 và WinCC là một yêu cầu cần thiết, đáp ứng đượcnhu cầu đặt ra

Đánh giá đồ án tốt nghiệp (Dùng cho cán bộ phản biện)

Giảng viên đánh giá:

Họ và tên Sinh viên: MSSV:………

Tên đồ án:

………

Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây: Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5) Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20) 1 Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng dụng của đồ án 1 2 3 4 5 2 Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế) 1 2 3 4 5 3 Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề 1 2 3 4 5 4 Có kết quả mô phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt được 1 2 3 4 5 Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15) 5 Mục tiêu và phương pháp thực hiện dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống 1 2 3 4 5 6 Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều được phân tích và đánh giá thỏa đáng. 1 2 3 4 5 7 Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả đạt được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai. 1 2 3 4 5 Kỹ năng viết (10) 8 Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và đẹp mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự và được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có căn lề, dấu cách sau dấu chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương và kết luận chương, có liệt kê tài liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định 1 2 3 4 5 9 Kỹ năng viết (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận logic và có cơ sở,từ vựng sử dụng phù hợp v.v.) 1 2 3 4 5 Kết quả nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp) 10a Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải SVNC khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng phát minh sáng chế 5 10b Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về chuyên ngành 2 10c Không có thành tích về nghiên cứu khoa học 0 Điểm tổng /50 Điểm tổng quy đổi về thang 10 3 Nhận xét thêm của Thầy/Cô

Nghệ An, ngày… tháng 05 năm 2017 Người nhận xét

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, VẶN NẮP CHAI 1.1 Tổng quan về dây chuyền

1.1.1 Phạm vi áp dụng

Cơ sở sản xuất sữa, sữa tươi, sữa chưa và các loại nước uống tinh khiếtđóng chai hoặc nước khoáng hoặc các loại nước uống không ga khác Chai nước

sử dụng: Loại chai PET có dung tích từ250ml đến 2250ml

1.1.2 Yêu cầu thiết kế

 Điện áp sử dụng: 1 pha 220V, 50Hz hay 3 pha 380V, 50 Hz Dòng tải:Tùy theo công suất bơm sử dụng và các thiết bị ngoại vi khác, thôngthường không nhỏ hơn 5A

 Các biện pháp an toàn điện: Hệ thống được thiết kế ELCB chống giật trêntoàn hệ thống và các thiết bị điện khác đạt chuẩn CE Nút tắt khẩn cấp khi

có sự cố xảy ra

 Khung sườn thiết bị: Được thiết kế bằng thép không gỉ SS304 hoặcSS316, chịu được lực rung lớn

 Ống dẫn nước: Ống chịu áp lực cao bằng PVC hoặc bằng thép không gỉ

304 (tùy theo yêu cầu thiết kế), đảm bảo an toàn vệ sinh, không đóng cặn,

gỉ sét và gây ra các nấm mốc vi sinh

 Các thiết bị lọc sữa: Vật tư, thiết bị lọc đạt chuẩn

ra Ngoài ra chương trình trong PLC này nhiều chức năng hơn hệ thốngtiêu chuẩn.

 Khung sườn : Được làm bằng thép không gỉ

 Động cơ xoay vòng bằng công nghệ Đức: Các chai PET được vận chuyển

tự động trên băng chuyền xoay vòng liên tục vào hệ thống chiết rót, xúcrửa

 Ống dẫn nước: Bằng Inox

 2 chế độ hoạt động auto/manual: Giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạtđộng của các chức năng

1.1.4 Nguyên lý hoạt động

Hệ thống hoạt động theo các bước sau đây:

 Vỏ chai PET được đặt trên băng chuyền trước khi vào hệ thống xúc rửachiết rót và đóng nắp (gọi tắt là RFC)

 Nguồn nước tinh khiết từ bồn chứa được nối vào hệ thống RFC

 Băng chuyền sẽ tự động vận chuyển chai PET vào hệ thống xúc rửa Cácchai di chuyển xoay vòng và vào đúng vị trí vòi nước xúc rửa Lưu ý nướcrửa có áp lực khá mạnh để rửa sạch chai PET do bơm thiết kế sẵn trongmáy phun lên

 Sau khi rửa, chai PET sẽ được đưa vào vịtrí chiết rót, các cánh tay đòn sẽgiữ chặt cổ chai để tránh đổc hai trong qua trinh rót Các chai được xoayvòng liên tục trên băng chuyền chiết rót Máy bơm nước được thiết kế sẵntrong máy sẽ tự động chiết rót vào bình

 Khi bình chứa đã đầy nước, sẽ được chuyển sang vị trí đóng nắp Nắpbình chứa được lấp đầy trong ống chứa và được đưa vào ngay đầu chaiPET

 Các tay đòn sẽ siết nắp chặt

 Sau đó chai PET được chuyển trên băng tải ra ngoài

 Bình chứa được tiếp tục chuyển đến máy bao màng co bằng (nếu có).

 Kiểm tra khuyết tật chai

 Chiết nước vào chai

 Đóng nắp chai

 Đưa sang dây chuyền đóng thùng sản phẩm

1.1.5 Các công nghệ trên dây chuyền chiết rót, đóng nắp, đóng thùng

1.1.5.1 Kiểm tra khuyết tật chai

Để kiểm tra được khuyết tật trên sản phẩm chai nhựa người ta thườngdùng các hệ thống máy hiện đại, hiện nay có không ít các nhà cung cấp thiết bị

để thực hiện quá trình này, theo kinh nghiệm và tìm hiểu thì em được biết hãngPRESSCO TECHNOLOGY INC là nhà cung cấp dòng sản phẩmINTELLISPEC mã CP500 thực hiện quá trình kiểm tra và phân loại và loại bỏchai bị hỏng không đủ yêu cầu chất lượng như:

 Chai bị móp trong lúc sản xuất hay trong quá trình vận chuyển

 Chai dính bẩn.

Dòng sản phẩm INTELLISPEC CP500: được trang bị 2 camera bên trong

và được kết nối với hệ thống máy tính chuyên dụng được cung cấp bởi chínhnhà cung cấp Máy có bộ nguồn UPS mắc song song với nguồnđiện nên có thểhoạt động thêm một thời gian sau khi cúp điện

Nguyên tắc: Camera chụp và phân tích hình ảnh từng chai, đưa tín hiệu vềmáy tính xử lí với phần mền chuyên dụng được cài đặt độ nhạy theo mục đíchcủa yêu cầu sản phẩm và loại (Reject) các sản phẩm không đạt yêu cầu Tốc độchụp của camera có thể lên đến hàng nghìn chai một phút

Hình 1.4 Máy kiểm tra khuyết tật chai

1.1.5.2 Chiết nước vào chai

Hiện nay có khá nhiều công nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng

sẽ có cách chiết rót khác nhau như: Nước có ga, nước không ga, chất lỏng dạng

cô đặc Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng

và rót vào trong chai, bình, lọ, v.v Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được

sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm Khi định lượng bằng máy thì cải thiện được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một cách chính xác.

Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:

 Định lượng bằng bình định mức: Chất lỏng được định lượng chính xácnhờ bình định mức trước khi rót vào chai.

 Định lượng bằng chiết tới mức cố định: Chất lỏng được chiết tới mức cốđịnh trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏichai; khi đó mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất

kể thể tích của các chai có bằng nhau hay không Ngoài ra còn sử dụngống thông hơi, chất lỏng được chiết tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽdứng lại Phương pháp nầy có độ chính xác không cao, tuỳ thuộc độ đồngđều của chai

 Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: Cho chất lỏng chảy vào chaitrongkhoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy làkhông đổi phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp,không yêu cầu độ chính xác định lượng

Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có:

 Phương pháp rót áp suất thường: chất lỏng tự chảy vào trong chai dochênh lệch về độ cao thủy tĩnh Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp vớicác chất lỏng ít nhớt

 Phương pháp rót chân không: Nối chai với một hệ thống hút chân không,chất lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suấttrong chai Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được ápdụng phương pháp bù trừ hoặc chiết đầy chai

 Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này được áp dụng cho các sảnphẩm có gas như bia, nước ngọt.Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn

áp suất khí quyển nhằm tránh không cho ga (khí CO2) thoát khỏi chấtlỏng Với phương pháp rót đẳng áp thông thường, người ta nạp khí CO2vào trong chai cho đến khi áp suất trong chai bằng áp suất trong bình hứa,sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào trong chai nhờ chênh lệch độ

cao Máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng gồm nhiều cơ cấu rót, mỗi

cơ cấu rót được bố trí chiết cho 1 chai

 Các cơ cấu rót có thể được bố trí thẳng hàng, làm việc cùng lúc (máy chiết

có cơ cấu chiết thẳng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần tự (máychiết bàn quay) như hình bên dưới:

Hình 1.5 Máy chiết bàn quay

1.1.5.3 Đóng nắp chai

Máy đóng nắp chai được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống,thức phẩm, mỹ phẩm và hóa chất công nghiệp Máy có tác dụng đóng bao kíncác loại chai thủy tinh, nhựa, đảm bảo việc niêm phóng kín, không rò rỉ chấtlỏng ra ngoài

Nắp chai được dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn đồng thời được xếpđúng chiều, chai nước được đưa vào vị trí dập nắp và cố định để hệ thống dậpnắp hoạt động Sau khi dập nắp chai sẽ được đưa tới bộ phận vặn nắp để chắcchắn rằng tất cả các nắp phải được đóng kín

Hình 1.6 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay

1.1.5.4 Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót

Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến vị trí để xác định vị trí của sảnphẩm Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnhđiều khiển Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, ta dùng loại cảmbiến quang điện Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thuquang Nguồn phát quang sử dụng Led hoặc Laser phát ra ánh sáng thấy hoặckhông thấy tùy theo bước sóng 1 bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitorquang Ta đặt bộ thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặcphản xạ ánh sáng khi vật xuất hiện

Ánh sáng do Led phát ra được hội tụ qua thấu kính ở phần thu ánh sáng

từ thấu kính tác động đến transitor thu quang Nếu có vật che chắn thì chùm tia

sẽ không tác động đến bộ thu được sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnhhưởng của ánh sáng trong phòng Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theotần số mạch dao động Phương pháp này sử dụng mạch dao động làm cho cảmbiến thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suất hơn

Trên thị trường hiện nay có 3 loại cảm biến quang điện

chính:Through-beam sensors (cảm biến tia xuyên qua), Retro-reflective sensors (cảm biến phảnquang), Diffuse reflection sensor (cảm biến phản xạ khuếch tán)

Hình 1.7 Cảm biến phản quang

Trong quá khứ, đối với nhà máy bia, nước ngọt, việc phát hiện các chai

PET có chất liệu trong suốt là rất khó khăn, yêu cầu phải điều chỉnh phức tạp cảm biến cho ứng dụng đó Hiện nay công nghệ phát triển hơn ta có loại cảm biến phản quang dể dàng phát hiện các vật liệu cho trai PET và thủy tinh Một trong số đó là bộcảm biến O5G500 và một bộ lọc phân cực cùng với lăng kính

phản xạ E20722

1.1.5.5 Dây chuyền đóng thùng

Các máy đóng thùng chai hiện nay rất đa dạng từ thô sơ tới cực kỳ hiệnđại tùy theo doạng sản phẩm sẽ có cách đóng gói khác nhau Với chai lọ thủytinh dễ vỡ hay các chai có dung tích lớn thường được đóng thùng bằng cánh tayRobot

Phương pháp này hiện đại và chính xác nhất, đảm bảo chống va đập làm

hư sản phẩm Số lượng sản phẩm phụ thuộc vào kích thước thùng chứa, sốlượng chai gắp trong một lần cũng dễ dàng cài đặt, ví dụ như để đóng két chobia chai thì mỗi lần cánh tay robot có thể gắp 20 chai Dây chuyền đóng thùnggồm 2 băng tải, một bang tải đưa sản phẩm đến tay gắp, một băng vận chuyểnthùng, hai băng tải đặt ngang nhau Bộ phận gắp chai đượcđiểu khiển đồng bộbằng khí nén

Hình 1.8 Bộ phận gắp chai

Với các loại chai nhỏ và khó vỡ thì thường dùng phương pháp đóng thùngkiểu “Drop”, hệ thống có hai băng tải, một băng tải chở sản phẩm chai

ở phía trên, băng tải chứa thùng phía dưới, khi số chai chạy vào khung đủ sốlượng thì phần đáy của khung mở ra để toàn bộ chai trong khung rơi xuốngthùng, các chai rơi xuống thùng đồng thời thùng được hạ xuống để giảm lực tácđộng vàođáy chai, cách đóng thùng này nhanh và đơn giản hơn dùng cánh tayRobot

Hình 1.9 Đóng thùng kiểu “Drop”

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ SIMATIC S7-300 2.1 Giới thiệu chung

Để đáp ứng yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng đòi hỏi kỹ thuật điềukhiển phải có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển Vìvậy người ta phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như PLC

Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máytrở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn Nó có thể thay thế gần như hoàntoàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống Như vậy PLC có tính năng

ưu việt và thích hợp trong môi trường công nghiệp là:

 Khả năng chống nhiễu tốt

 Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc mở rộng, cải tạo nâng cấp

 Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt

 Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng đểxếp hạng một hệ thống điều khiển tự động

 Hiện nay trên thị trường có các loại PLC của các hãng sản xuất như:Omron,

Mitsubishi, Siemens, ABB, Allen Bradley

S7-300 là dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn vớinhững yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và

có khả năng mở rộng, nâng cấp.Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền chọn lựa Đặc điểm nổi bật của S7-300 đó là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa dạng cho những yêu cầu chuyên biệt Hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần

Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa làđối với S7-300 sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt

2.1.1 Các modul PLC S7-300

Hình 2.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-300

Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tượngđiều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/rakhác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấuhình Chúng được sử dụng theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tuỳvào yêu cầu thực tế, xong tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU,các modul còn lại nhận truyền tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các modulchức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ, van thuỷ khí… Chúng gọichung là modul mở rộng Cấu hình của một trạm PLC S7-300 như hình 2.1

2.1.1.1 Modul CPU

Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các

bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể còn có một vài cổngvào ra số Các cổng vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào raOnboard PLC S7_300 có nhiều loại modul CPU khác nhau Chúng được đặt têntheo bộ vi xử lý có trong nó như modul CPU312, modul CPU314, modulCPU315 Những modul cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau vềcổng vào/ra onboard cũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong

thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽđược phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (IntergratedFunction Module).

Hình 2.2 Một số CPU của PLC S7-300

Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đócổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phântán Các loại modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP(Distributed Port) như là modul CPU314C-2DP

2.1.1.2 Modul mở rộng

Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểumodul Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau Việc xây dựngPLC theo cấu trúc modul rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và

dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳtheo từng ứng dụng nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính làmodul CPU, các modul còn lại là những modul truyền và nhận tín hiệu với đốitượng điều khiển bên ngoài như động cơ, các đèn báo, các rơle, các van từ.Chúng được gọi chung là các modul mở rộng

Các modul mở rộng chia thành 5 loại chính:

a) Module nguồn nuôi (PS - Power supply)

Có 3 loại: 2A, 5A, 10A

b) Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module)

Modul mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:

 DI (Digital input): Modul mở rộng các cổng vào số Số các cổng vào số

mở rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul

 DO (Digital output): Modul mở rộng các cổng ra số Số các cổng ra số mởrộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul

 Modul mở rộng các cổng vào tương tự Số các cổng vào tương tự có thể là

2, 4, 8 tuỳ từng loại modul

 AO (Analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự Số các cổng ratương tự có thể là 2, 4 tuỳ từng loại modul

 AI/AO (Analog input/Analog output): Modul mở rộng các cổng vào/ratương tự Số các cổng vào/ra tương tự có thể là 4 vào/2 ra hay 4 vào/4 ratuỳ từng loại modul

Các CPU của S7_300 chỉ xử lý được các tín hiệu số, vì vậy các tín hiệuanalog đều phải được chuyển đổi thành tín hiệu số Cũng như các modul số,người sử dụng cũng có thể thiết lập các thông số cho các modul analog

c) Modul ghép nối (IM - Interface modul)

Modul ghép nối nối các modul mở rộng lại với nhau thành một khối vàđược quản lý chung bởi 1 modul CPU Thông thường các modul mở rộng đượcgắn liền với nhau trên một thanh đỡ gọi là rack Trên mỗi rack có nhiều nhất là 8modul mở rộng (không kể modul CPU, modul nguồn nuôi) Một modul CPUS7-300 có thể làm việc trực tiếp với nhiều nhất 4 rack và các rack này phải đượcnối với nhau bằng modul IM

Các modul ghép nối (IM) cho phép thiết lập hệ thống S7_300 theo nhiềucấu hình, S7-300 cung cấp 3 loại modul ghép nối sau:

 IM 360: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modultrên đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU

 IM 361: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm ba tầng, với một tầngchứa 8 modul với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn

24 VDC cho mỗi tầng

 IM 365: Là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modultrên đó với khoảng cách tối đa là 1m lấy nguồn từ CPU

d) Modul chức năng (FM - Function modul)

e) Modul có chức năng điều khiển riêng Ví dụ như modul PID, modul điềukhiển động cơ bước

f) Module truyền thông (CP - Communication modul)

Modul phục vụ truyền thông trong mạng giữa các PLC với nhau hoặcgiữa PLC với máy tính

Hình 2.3 Các loại modul mở rộng của S7-300

Các Tín hiệu kết nối với PLC:

 Tín hiệu số : Là các tín hiệu thuộc dạng hàm Boolean, dạng tín hiệu chỉ có

 Tín hiệu tương tự : Là tín hiệu liên tục, từ 0-10V hay từ 4-20mA…

Vd: Tín hiệu đọc từ Loadcell,từ cảm biến lưu lượng…

 Tín hiệu khác : Bao gồm các tín hiệu giao tiếp với máy tính với các thiết

bị ngoại vi khác bằng các giao thức khác nhau như giao thức RS232,RS485, Modbus… Modul ra sè (DO)

Kiểu dữ liệu:

 Kiểu Bool: True hoặc False ( 0 hoặc 1) VD: M0.0

 Kiểu Byte : gồm 8 Bit

 Kiểu Word

 Kiểu DWord

 Kiểu Int

 Kiểu Real

Hình 2.4 Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC

2.2 Ngôn ngữ lập trình

PLC S7_300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:

Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List) Đây là dạngngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính Một chương trình được ghép bởinhiều câu lệnh theo 1 thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm 1 hàng và đều có cấutrúc chung là “tên lệnh”+”toán hạng”

Ví dụ:

Ngôn ngữ “hình thang”, ký hiệu là LAD (Ladder Logic) Đây là dạngngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiểnlogic

Ví dụ:

Ngôn ngữ “hình khối”, ký hiệu là FBD (Function Block Diagram) Đây làdạng ngôn ngữ đồ hoạ thích hợp với những người quen thiết kế mạch điều khiểnsố.

Timer chỉ chạy lại khi có tín hiệu mới từ I0.0 (tức là I0.0 chuyển trạng thái từ

0 lên 1)

Q0.0=1 khi Timer đang chạy

MW100 lưu giá trị đếm của Timer theo dạng Integer

MW102 lưu giá trị của Timer theo dạng BCD

Chức năng của Timer này là tạo xung có thời gian được đặt sẵn

Lệnh S_ODT:

Nếu I0.0=1 Timer bắt đầu chạy khi đủ thời gian thì ngưng khi đó ngõ Q0.0 sẽlên 1 nếu I0.0 vẫn còn giữ trạng thái 1,khi có tín hiệu I0.1 thì tất cả phải đượcReset về 0 Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theodạng Integer và dạng BCD.

Lệnh S_ODTS:

Timer kích có nhớ, khi có xung cạnh lên ở I0.0 Timer bắt đầu chạy, ngõ raQ0.0=1 khi Timer ngưng và chỉ tắt khi có tín hiệu Reset (tín hiệu I0.1).Trong quá trình Timer chạy nếu có sự chuyển đổi tín hiệu từ chân I0.0 thêm 1lần nữa thì Timer sẽ nhớ và tiếp tục chạy khi hết thời gian lần trước

Số Timer trong S7_300 phụ thuộc vào loại CPU

CPU 312: Có 128 Timer

CPU 313 trở lên: Có 256 Timer

Có 2 cách cài đặt giá trị cho Timer:

 Cài thông số thời gian trực tiếp: Để cài giá trị trực tiếp cho Timer ta phảithêm kí tự S5T# trước giá trị đặt Các kí tự kế tiếp là thông số thời gianmuốn cài đặt cho Timer

 Cài đặt thông số thời gian thông qua biến nhớ: Giá trị cài đặt cho timerthông qua một biến kiểu WORD 16 bits

2.3.2 Bộ đếmCounter

Lệnh đếm lên xuống S_CUD:

Ngõ vào I0.2=1 : đưa giá trị đếm vào PV

Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ,C0 đếm tăng lên 1

Khi I0.1 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ,C0 đếm giảm xuống 1

Khi cả I0.0 và I0.1 đều chuyển trạng thái thì C0 không thay đổi

Khi I0.3=1 thì C0 bị Reset về 0

Giá trị bộ đếm hiện thời nằm trong 2 ô nhớ MW100 và MW102 dưới dạngInteger và dạng BCD ,giá trị này có tầm từ 0 – 999

Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0

Lệnh đếm lên S_CU:

Ngõ vào I0.1=1 : đưa giá trị đếm vào PV

Khi I0.0 chuyển trạng thái từ 0 sang 1 , C0 đếm tăng lên 1

Khi I0.2 = 1 Counter bị Reset

Ngõ ra Q0.0=1 khi giá trị đếm lớn hơn 0