Đồ án trộn sơn full code sử dụng s7 1200

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Đề tài được thực hiện với mục đích sau:  Nghiên cứu và tìm hiểu các thành phần cơ bảncủa hệ thống pha trộn sơn  Nắm rõ thêm về hệ thống điều khiển và giámsát hiện h

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP 1

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 2

1.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4

1.7 BỐ CỤC ĐỀ TÀI 5

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 6

2.1.1 Quy Trình Điều Khiển Hệ Thống Cấp Lon6 2.1.2 Quy Trình Điều Khiển Rót Sơn 7

2.1.3 Quy Trình Điều Khiển Đóng Nắp Lon 8

2.1.4 Quy Trình Điều Khiển Máy Trộn Sơn 8

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.2.1 Tổng Quan Về PLC S7 – 1200 9

2.2.2 Làm Việc Với Tia Portal Và PLC S7 – 1200 9 2.2.3 Nút Nhấn, Còi Báo 9

2.2.4 Cảm Biến 10

2.2.5 Động Cơ Điện Một Chiều 10

2.2.6 Van Điện Từ Solenoid 10

2.2.8 Nguyên Lý Pha Màu 12

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 14

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG 14

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ MẠCH 14

3.2.1 Thiết kế Khối Xử Lý Trung Tâm 14

3.2.2 Thiết Kế Khối Điều Khiển 15

3.2.3 Thiết Kế Khối Cảm Biến 19

3.2.4 Thiết Kế Khối Điều Khiển Giám Sát 20

3.2.5 Thiết Kế Khối Cơ Cấu Chấp Hành 20

3.2.6 Thiết Kế Khối Nguồn 22

3.2.7 Thiết Bị Đóng Cắt 22

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG 24

4.1 THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 24

4.1.1 Linh Kiện Sử Dụng Trong Hệ Thống 24

4.1.2 Lắp Ráp Và Kiểm Tra 27

4.2 ĐÓNG GÓI VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH 27

4.2.1 Đóng Gói Mô Hình 27

4.2.2 Đóng Gói Bộ Điều Khiển 27

4.2.3 Thi Công Mô Hình 29

4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 32

4.3.1 Lưu Đồ Giải Thuật 32

4.3.2 Phần Mềm Lập Trình Cho PLC S7 – 1200 37 4.3.3 Chương Trình Lập Trình PLC 37

4.3.4 Lập Trình Đếm Xung Tốc Độ Cao 37

4.4 QUY TRÌNH VẬN HÀNH TRÊN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 37

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ_KẾT LUẬN_HƯỚNG PHÁT

TRIỂN 39

5.1 KẾT QUẢ 39

5.1.1 Kết Quả Mô Hình Phần Cứng 40

5.1.2 Kết Quả Phần Mềm Giám Sát 40

5.2 NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 41

5.3 KẾT LUẬN 42

5.4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 44

CHƯƠNG 1 DẪN NHẬP

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ côngnghiệp hoá, hiện đại hóa, để quá trình này phát triểnnhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dâychuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảmchi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động và cho

ra sản phẩm có chất lượng cao Một trong nhữngphương án đầu tư vào tự động hoá là việc ứng dụngPLC vào các dây chuyền sản xuất Đối với nhữngtính năng tiện ích của hệ thống PLC nên hiện nay bộđiều khiển này đang được sử dung rất nhiều trongcác lĩnh vực khác nhau Một trong những ngànhđang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó là ngànhxây dựng, và việc ứng dụng PLC vào trong ngànhxây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao vàrất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn Hiểu rõ sự cấp thiết trong thực tế, nhóm thực

hiện đồ án đã chọn đề tài “HỆ THỐNG ĐIỀU

KHIỂN VÀ GIÁM SÁT PHA TRỘN SƠN TỰ ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7 – 1200”

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Đề tài được thực hiện với mục đích sau:

 Nghiên cứu và tìm hiểu các thành phần cơ bảncủa hệ thống pha trộn sơn

 Nắm rõ thêm về hệ thống điều khiển và giámsát hiện hành

 Nắm rõ thêm về PLC S7-1200 và phần mềmWinCC trên Tia Portal

 Thiết kế và thi công mô hình, kết nối PLC,giám sát và điều khiển hệ thống pha trộn sơn

 Mục đích cuối cùng của đề tài là pha trộnđược các màu sơn từ ba màu cơ bản (đỏ,vàng, lam).

 Phần mềm WinCC trên Tia Portal

 Ngôn ngữ lập trình LAD cho S7-1200

Phạm vi nghiên cứu của đề tài

 Do mô hình của đề tài có qui mô nhỏ nênnhóm chỉ nghiên cứu ứng dụng trong phạm vipha trộn sơn và ấn định sản xuất một số màu(….) từ ba màu cơ bản (đỏ, vàng, lam)

 Nghiên cứu cấu trúc PLC S7-1200 và sử dụngcác phần mềm hỗ trợ để thực hiện điều khiển

và giám sát hệ thống pha trộn sơn tự động

1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Tham khảo thực tế

 Tìm hiểu lý thuyết

 Thực nghiệm khoa học

1.6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ưu điểm của hệ thống pha trộn sơn tự động:

- Kết cấu gọn, mặt bằng chiếm diện tíchnhỏ, dễ tháo lắp cơ động

- Điều khiển hiện đại và thuận tiện chongười sử dụng

Yêu cầu chính đặt ra:

- Trạm pha trộn sơn có thể pha chế màumột cách chính xác, ra đúng màu mongmuốn

- Trạm pha trộn sơn hoạt động hoàn toàn tựđộng

- Việc thực hiện đề tài này giúp ứng dụngnhững kiến thức đã học vào thực tế, biếtcách sử dụng nhiều thiết bị ngoài thực tếnhư cảm biến, pitton… cũng như nângcao thêm kỹ năng thực hành như gia công

cơ khí những chi tiết, lắp ráp hệ thống khínén…

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_KẾT

LUẬN_HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Hình 2 1: Sơ đồ công nghệ

Quá trình vận hành gồm 4 giai đoạn là điều khiển hệ thống cấp lon, điều khiển rót sơn, đóng nắp lon và điều khiển máy trộn sơn.

2.1.1 Quy Trình Điều Khiển Hệ Thống Cấp Lon

- Cảm biến 1: phát hiện có lon

- Một piston để đẩy lon ra vị trị băng tải, sau đó băngtải hoạt động và đưa lon tới vị trị rót sơn

2.1.2 Quy Trình Điều Khiển Rót Sơn

Sơ đồ công nghệ cho thấy: gồm có ba bồn chứa

ba màu sơn khác nhau lần lượt là: “đỏ, vàng, lam”

làm cơ sở cho việc tạo ra màu sơn mong muốn

Quy trình làm việc được thực hiện như sau:

Khâu rót sơn được thực hiện sau khi kết thúc quátrình cấp lon, các lon được đặt trên băng tải, có mộtcảm biến để báo quá trình rót sơn tự động:

- Cảm biến 2: báo lon đã đến đúng vị trí đểrót sơn và băng tải ngưng hoạt đông Sau đó van xả các loại sơn khác màu nhau vàolon, loại sơn thứ nhất được xả vào bình bằng vanđiện từ 1 trong khoảng thời gian t1, loại sơn thứ haiđược xả vào bình qua van điện từ 2 trong khoảngthời gian t2, loại sơn thứ ba được xả vào bình bằngvan điện từ 3 trong khoảng thời gian t3 Các vandừng đưa sơn vào lon khi đã bơm đủ khoảng thờigian định sẵn thì băng tải hoạt động trở lại và đưalon sơn đến vị trí đóng nắp lon

2.1.3 Quy Trình Điều Khiển Đóng Nắp

Khâu đóng nắp lon được thực hiện sau khi kếtthúc quá trình rót sơn, các lon sơn được đặt trên băngtải, có một cảm biến để báo quá trình đóng nắp lon

tự động:

- Cảm biến 3: báo lon đã đến đúng vị tríđóng nắp lon và băng tải ngưng hoạtđông

Hệ thống đóng nắp hoạt đông như sau: đầu tiên

có 4 piston dùng để kẹp nắp lon tiếp tục có 2 pistondùng để nâng nắp lon lên, sau đó có 1 piston để đẩynắp lon tới đúng vị trí lon sơn, cuối cùng có 1 pistonđóng nắp lon Sau khi quá trình đóng nắp lon sơn kếtthúc thì băng tải hoạt động trở lại và đưa lon tới đến

vị trí trộn sơn

2.1.4 Quy Trình Điều Khiển Máy Trộn Sơn

Khâu trộn lon sơn được thực hiện sau khi kếtthúc quá trình đóng nắp, các lon sơn được đặt trênbăng tải, có một cảm biến để báo quá trình đóng nắplon tự động:

- Cảm biến 4: báo lon đã đến đúng vị trítrộn sơn và băng tải ngưng hoạt đông.

Hệ thống trộn sơn hoạt động như sau: đầu tiên có

1 pitson đẩy lon sơn vào động cơ trộn, tiếp tục cómột piston dùng để nâng động cơ trộn lên, khi đóđộng cơ trộn hoạt động và chạy trong khoảng thờigian t Sau khi quá trình trộn sơn kết thúc thì sẽ có 1piston khác đẩy lon sơn ra vị trị băng tải, lúc đó băngtải hoạt động trở lại và đưa lon sơn tới vị trí cuốibăng tải đồng thời chạy qua cảm biến 5 (cảm biếnđếm sản phẩm) và kết thúc một chy kỳ hoạt động,đồng thời hệ thống cấp lon hoạt động trở lại và khiđếm đủ sản phẩm thì dừng toàn bộ hệ thống

- Nút nhấn OFF: chọn loại thường đóng(NC) bởi vì sử dụng nút nhấn dừng thường mở

có thể tạo ra tình huống nguy hiểm khi xảy ra hưhỏng đứt dây dẫn điện nối nút nhấn dừng này

- Nút nhấn E – STOP: chọn loại thường đóng(NC)

- Chọn cảm biến quang NPN phù hợp với kiểu đấu nối đầu vào của PLC (ngõ vào PLC đấu kiểu cấpdòng)

2.2.5 Động Cơ Điện Một Chiều

Cách chọn động cơ:

- Phù hợp mức độ sử dụng đề tài

- Dòng điện, công suất phù hợp

- Hiệu suất cao, độ bền cao, điều khiển đơn giản

2.2.1 Van Điện Từ Solenoid

 Lực đẩy hay kéo của xy lanh:

Hình 2 11: Sơ đồ tác động lực của xi lanh khí nén

tác động kép

Lực đẩy hay kéo của Piston gây bởi tác dụng củakhí nén có áp suất P được tính theo công thức:

F = P.A = [N]

Trong đó:

- P là áp suất khí nén [Pa]

- A là điện tích bề mặt Piston[m2]

- F lực tác dụng vuông góc với bề mặtPiston [N]

Ví dụ: Xy lanh khí có thông số đường kính

piston là 100mm = 10cm

F = R (cm) x R (cm) x π (3.14) x 6kgf (áp suấtlàm việc)

= 5 x 5 x 3.14 x 6kgf = 417kg

Như vậy với xy lanh có đường kính piston100mm là áp suất làm việc 6kgf sẽ đẩy được vậtnặng 471kg chúng ta có thể áp dụng cho tất cả cácloại kích thước piston khác

2.2.3 Nguyên Lý Pha Màu

Mô hình màu RYB

Hình 2 13: Mô hình màu RYB

Hệ màu RYB (Red – Yellow – Blue,

tức Đỏ - Vàng - Xanh) là cơ sở tọa nênbánh xe màu Trong lĩnh vực hội họa, cáchọa sĩ thường pha màu theo hệ Đỏ - Vàng

- Xanh này và họ gọi là pha màu theophép trừ

- Ba màu gốc (tiếng Anh gọi là primary)gồm Đỏ - Vàng – Xanh dương

- Ba màu cấp hai (secondary) được pha từ

ba màu gốc theo cách sau:

Đỏ + Vàng = Da cam

Đỏ + Lam = Tím

Vàng + Lam = Lục

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

3.1 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ

Khối xử lý trung tâm

Khối cảm

biến

Khối điều khiển giám sát

Hình 3 1: Sơ đồ khối của hệ thống

3.2 TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

MẠCH

3.2.1 Thiết kế Khối Xử Lý Trung Tâm

Hình 3 2: PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY

Hình 3 3: Module mở rộng S7-1200 SM 1222 DQ

16 × RLY

3.2.2 Thiết Kế Khối Điều Khiển

a) Kết nối với PLC S7- 1200

b) Kết nối với module mở rộng DQ 16 × RLY

Hình 3 6: Sơ đồ đấu nối phần cứng cho toàn mô

15 Q0.5 PT2 4 Piston kẹp nắp lon

16 Q0.6 PT3 2 Piston nâng nắp lon

17 Q0.7 PT4 Piston đẩy nắp lon ra

3.2.3 Thiết Kế Khối Cảm Biến

Hình 3 4: Cảm biến quang phát hiện vật E3F

Hình 3 5: Cảm biến quang điện Panadac 914C

Hình 3 14: Motor DC 24V gắn thêm bộ giảm

Hình 3 16: Van điện từ UNID UW-15 DC24V

Xy lanh khí nén

Hình 3 17: Xy lanh tác động 2 đầu khí nén

Van tiết lưu

Hình 3 24: Van tiết lưu PL 1 đầu gen

Van khí nén

Hình 3 25: Van khí nén SMC VQ1100

3.2.6 Thiết Kế Khối Nguồn

Hình 3 26: Nguồn tổ ong 24V/5A

3.2.7 Thiết Bị Đóng Cắt

Hình 3 27: Rơle trung gian OMROM MY4N –

DC24V

Hình 3 28: Aptomat SINO

CHƯƠNG 4 THI CÔNG HỆ THỐNG

Sau khi thực hiện xong quá trình tính toáncác thiết bị để sử dụng trong mô hình nhóm đãtiến hành việc xây dựng và thi công mô hình hệthống Đây chưa phải là một hệ thống hiện đạinhưng nó thể hiện những yếu tố cơ bản nhất của

hệ thống pha trộn sơn tự động, từ đó mở ra khảnăng phát triển những hệ thống lớn, quy mô hơn

để áp dụng vào trong quá trình sản xuất côngnghiệp Mô hình có chiều dài 150cm, rộng 30cm,cao 50cm được bố trí một cách gọn gàng, logictheo trình tự

Nút nhấn 2 Khởi động/dừng hệ

thốngCảm biến quang

QMBON E3F

5 Phát hiện lon trên

băng tảiCảm biến quang

Động cơ băng tải 1 Hoạt động cho băng

tảiĐộng cơ trộn 1 Hoạt động quá trính

trộn sơnVan điện từ

Solenoid

3 Dùng để chiết rót

sơn xuống lon

Nguồn 1 Cung cấp nguồn cho

các thiết bị hoạtđộng

Rơle trung gian 5 Làm nhiệm vụ

“trung gian” chuyểntiếp mạch điện chođộng cơ, van điện từsolenoid để kết nốiqua PLC S7 – 1200Module mở rộng

4.2.1 Đóng Gói Mô Hình

4.2.2 Đóng Gói Bộ Điều Khiển

Giao diện WinCC gồm 2 phần:

- Giới thiệu nhóm, tên đề tài

- Giao diện điều khiển và giám sát hệthống pha trộn sơn tự động

Hình 4 3: Giao diện giới thiệu nhóm, tên đề tài

a) Giao diện điều khiển

b) Giao diện chọn màu sơn

4.2.3 Thi Công Mô Hình

Hệ thống mô hình được thiết kế cố đtnh khungvới các thanh inox một cách chắc chắn, tiếp theo

ta lắp băng tải và linh kiện sử dụng trong để tài lên

mô hình

Hình 4 5: Băng tải mô hình

Các vị trí trong mô hình:

Hình 4 6: Vị trí cấp lon

Hình 4 7: Vị trí chiết rót sơn

Hình 4 8: Vị trí chiết đóng nắp

Hình 4 9: Vị trí trộn sơn

Sau khi đã thiết kế xong từng phần của môhình, ta lắp ráp lại hệ thống mô hình hoàn chỉnh,thực hiện cân chỉnh các thiết bị và sắp xếp môhình một cách hợp lý theo yêu cầu của đề tài.Tiến hành đấu nối theo sơ đồ mạch điều khiển vàmạch động lực đã đề ra

Hình 4 10: Mô hình hoàn chỉnh

4.3 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG

4.3.1 Lưu Đồ Giải Thuật

 Lưu đồ thuật toán cho toàn bộ hệ thống :

4.3.2 Phần Mềm Lập Trình Cho PLC S7 – 1200

Trong đồ án này nhóm em đã sử dụng phần mềmTIA Portal V14 tích hợp với WinCC RT AdvancedV14 của Siemens Phần mềm được thiết kế với giaodiện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợpcho cả những người mới lẫn những người nhiều kinhnghiệm trong lập trình tự động hóa Là phần mềm cơ

sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình,tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm tích hợp tựđộng hóa toàn diện (TIA) của Siemens

4.3.3 Chương Trình Lập Trình PLC

4.3.4 Lập Trình Đếm Xung Tốc Độ Cao

4.4 QUY TRÌNH VẬN HÀNH TRÊN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Bước 1: Bật CB nguồn 220VAC để cung cấp

điện cho nguồn tổ ong 24VDC để cung cấpnguồn cho PLC Trường hợp khẩn cấp có sự cốxảy ra ta nhấn nút ES để dừng nguồn mạch động

Bước 2: Ta đặt các lon vào khung chứa lon Bước 3: Nhấn nút ON để hệ thống bắt đầu

hoạt động, lúc này băng tải sẽ chạy và thực hiệncác yêu cầu theo trình tự được lập trình Nếumuốn dừng lại thì nhấn nút OFF, để tiếp tục hệthống ta nhấn lại nút ON

Bước 4: Sau khi sản phẩm đi hết hành trình

trên băng tải thì ta tiến hành lấy lon sơn ra ngoài

 Ngoài ra ta có thể vận hành bằng giao diện WinCC trên màn hình máy tính:

Tương tự như phần điều khiển bằng nút nhấn

cơ, bên cạnh đó trên màn hình Scada có thêm một

số chức năng sau:

- Theo dõi trạng thái hoạt động của các cảmbiến, motor, các trạng thái của nút nhấn,còi báo

- Cài đặt, chọn màu sơn cần pha

- Theo dõi được số lượng sản phẩm,màu sơn được trộn để chủ động trong

việc đổi sản phẩm.

CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ_KẾT LUẬN_HƯỚNG

PHÁT TRIỂN 5.1 KẾT QUẢ

Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu xuất phát từnhững ý tưởng mà mục tiêu ban đầu nhóm em tiếnhành thiết kế và thi công phần cứng và chương trìnhđiều khiển cùng giao diện giám sát trên máy tính.Sau nhiều lần sửa đổi cả về thiết kế lẫn ý tưởng cuốicùng nhóm cuối cùng nhóm đã có sản phẩm hoànthiện là mô hình điều khiển và giám sát hệ thống phatrộn sơn tự động

 Nghiên cứu và biết cách sử dụng:

- Các loại xy lanh khí nén thông dụng

- Cách kết nối các thiết bị với PLCS7_1200, cũng như nguyên lý hoạtđộng của chúng như: cảm biến, vanđiện từ solenoi, van khí nén, độngcơ…

- Tìm hiểu được nguyên lý hoạt độngPLC và có thể lập trình hệ thống vớiphần mềm TIA Portal V14

- Bên cạnh đó nhóm còn có thêm kiếnthức về việc thiết kế giao diện WinCC

cơ bản để phục vụ cho việc điều khiển

và giám sát hệ thống

5.1.1 Kết Quả Mô Hình Phần Cứng

Hình 5 1: Mô hình hoàn thiện hệ thống pha

trộn sơn tự động

5.1.2 Kết Quả Phần Mềm Giám Sát

Giao diện Scada giúp người vận hành dễ dàng thao tác và theo dõi hệ thống

a) Giao diện điều khiển

b) Giao diện chọn màu sơn

5.2 NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ

Sau quá trình thực hiện nhóm đã thi công

được hệ thống mô hình pha trộn sơn tự động

Đến thời điểm hiện tại thì nhóm đã hoànthành được 95% mục tiêu đã đặt ra Mô hìnhhoạt động ổn định

Đã thực hiện được việc tự động pha trộn sơnđạt yêu cầu, giúp tiết kiệm được thời gian phamàu sơn, tăng năng suất sản phẩm, giảm tỷ lệphế phẩm

Hạn chế đề tài:

- Màu sắc khi pha chưa đạt đến độ hoàn hảo

do việc tỷ lệ cài đặt vào sai lệch so vớimàu sắc nhìn thấy

- Động cơ trộn: Hoạt động lâu dài thì động

cơ sẽ xảy ra sai số tại vị trí dừng

5.3 KẾT LUẬN

Sau gần 4 tháng thực hiện đề tài với nhiều cố