Thiết kế, xây dựng mô hình cơ khí và hệ thống điện của hệ thống máy chiết rót đóng nắp chai

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế, xây dựng mơ hình khí hệ thống điện hệ thống máy chiết rót đóng nắp chai dán nhãn chai tự động I BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1/37 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài Hiện nay, nước uống đóng chai đóng vai trò quan trọng hoạt động thường ngày người Với cầu sản lượng lớn cơng việc sản xuất chiết rót, đóng nắp dán nhãn tay khơng hiệu Do đó, việc tự động hóa q trình sản xuất nước đóng chai mang ý nghĩa to lớn Sự tự động hóa sản suất làm tăng suất, giảm giá thành đặc biệt nâng cáo chất lượng sản phẩm bảo quản Trong đồ án tiến hành thiết kế mơ hình nhỏ mơ tả q trình hình thành chai nước hồn chỉnh gồm khâu chiết rót, đóng nắp dán nhãn tự động Dây chuyền hoạt động tự động điểu khiển vận hành giám sát người 1.2 Mục đích nghiên cứu Ứng dụng PLC, cảm vật cản hồng ngoại áp dụng kiến thức học để tạo sản phẩm có giá trị ứng dụng cao cho người sử dụng 1.3 Đối tượng nghiên cứu  Các dòng PLC S7 hãng Simen  Phần mền lập trình TIA Portal, SCADA, AutuCad  Cảm biến vật cản hồng ngoại, cảm biến khe, động giảm tốc  Van điện từ, Relay linh kiện điện công nghiệp (tủ điện )  Thiết kế thi cơng mơ hình 1.4 Phạm vi nghiên cứu  Tìm hiểu cấu tạo PLC S7-1200 - Ngõ vào, (Input, Output) - Các cổng truyền thông BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2/37 - Phạm vi ứng dụng  Tìm hiểu phần mềm lập trình TIA Portal V14, SCADA, Autocad  Tìm hiểu cụ khí hàn tíc, máy cắt, máy tiện… 1.5 Dự kiến kết Sau hoàn thành mơ hình Sẽ có hai băng chuyền Một để đưa chai vào vị trí mâm quay vị trí dán nhãn Để nhận biết chai đứng vị trí ta sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại cảm biến kim loại - Bước 1: Khi chai rỗng băng tải đưa vào vị trí chiết rót Tại đó, van điện từ sử dụng điện 220VAC thực chức đóng mở sau nhận tín hiệu điều khiển từ PLC - Bước 2: Sau chai rót nước mâm quay đưa chai đên vị trí cấp nắp đồng thời thực bước - Bước 3: Sau chai chiết rót xong Mâm quay đưa chai cấp nắp vào vị trí vặn đồng thời thực bước 1,2 - Bước 4: Sau chai chiết rót xong Mâm quay đưa chai vặn nắp băng chuyền lại để qua phần dán nhãn đồng thời thực bước 1,2,3 - Bước 5: Cảm biến vật cản hồng ngoại xác định vị trí chai cho dừng băng chuyền để tiến hành dán nhãn Quá trình chạy tự động liên tục nhấn Stop rủ điện hình giám Hệ thống có chế độ điều khiển từ xa chỗ Từ xa sử dụng phần mền giám sát điều khiển SCADA Tại chỗ có nút gắn tủ điện  Hiểu nguyên lý, cách vận hành dây chuyền chiết rót, đóng năp dán nhãn tự động  Thiết kế hệ thống khí, hệ thống điện mơ hình  Nắm vững kiến thức PLC S7-1200 hãng Simen thiết bị kết nối liên quan BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3/37  Viết chương trình điều khiển giám sát chạy ổn định  Thực điều khiển giám sát thông qua giao diện HMI Win CC CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống điều khiển (PLC) 2.1.1 Khái niệm nguyên lý Hệ thống điều khiển tập hợp dụng cụ, thiết bị điện tử… kết nối với thành hệ thống cho phép ta điều khiển xác chuyển đổi nhịp nhàng quy trình hoạt động sản xuất PLC (Programmable Logic Controllẻ) hệ thống điều khiển tự động hóa hồn tồn, sử dụng kết hợp với máy tính chủ bẳng điều khiển hay động cơ… Là thiết bị điện phức tạp, có nhiều loại di nhiều hãng sản xuất nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất đại Trong hệ thống dây chuyền sản xuất tự động đại có sử dụng điều khiển PLC, thiết bị coi trung tâm, não hệ thống PLC nhận trạng thái hệ thống điều khiển truyền động theo trình tự xác đinhn danh sách lệnh, nhận yêu cầu đầu vào, điều khiển yêu cầu đầu theo thứ tự lệnh yêu cầu xử lý Danh sách lệnh người lập trình lưu trữ nhớ BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4/37 Hình 2-1: Một hệ thống tự động sử dụng PLC Sự thông minh hệ thống tự động hóa phụ thuộc vào khả đọc tín hiệu từ cảm biến Hình thức giao diện PLC thiết bị nhập là: Nút nhất, công tắt trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến Các dạng tín hiệu nhập đến PLC phải trạng thái Logic ON/OFF tín hiệu Analog Nhứng tín hiệu ngõ vào giao tiếp với PLC thông qua modun nhập Tín hiệu ngõ Output điều khiển: Động cơ, nam châm, cuộn dây, relay… Thông qua hoạt động động cơ, relay PLC điều khiển hệ thống từ đơn giản đến phức tạp 2.1.2 Các bước thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC  Xác định quy trình cơng nghệ Trước tiên ta phải xác định thiết bị hay hệ thống muốn điều khiển Mục đích cuối điều khiển điều khiển hệ thống hoạt động theo ý muốn quy trình Sự vận hành hệ thống kiểm tra thiết bị đầu vào Nó nhận tín hiệu gửi tín hiệu đến CPU, CPU xử lý tín hiệu gửi kết đến thiết bị xuất để điều khiển hoạt động hệ thống lập trình sẵn chương trình BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5/37  Xác định ngõ vào ngõ Tất thiết bị xuất, nhập bên kết nối với điều khiển Thiết bị nhập cảm biến, contact Thiết bị xuất cuộn dây, valve điện từ, motor Sau xác định tất thiết bị xuất, nhập cần thiết ta định vị thiết bị vào, tương ứng cho ngõ vào, PLC trước viết chương trình  Viết chương trình điều khiển Khi viết chương trình dạng ladder phải theo hoạt động bước hệ thống  Nạp chương trình vào nhớ Sau viết chương trình điều khiển ta cấp nguồn cho điều khiển có lập trình thơng qua cổng I/O Sau nạp chương trình vào nhớ thơng qua phần mềm lập trình 2.1.3 Ứng dụng hệ thống điều khiển PLC Hiện PLC ứng dụng nhiều lĩnh vực khác cơng nghiệp như: - Giám sát quy tiình nhà máy thủy, nhiệt điện - Dây chuyền đóng gói - Dây chuyền sản xuất bia rượu - Dây chuyền chiết rót nhãn nhãn chai - Hệ thống bơm nước sinh hoạt, xử lý chất thải - Quản lý bãi giữ xe tự động - Điều khiển thang máy - Dây chuyền công nghệ chế biến thực phẩm, may mặc BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6/37 Ngoài PLC ứng dụng giám sát q trình nhà máy cán tôn Cán thép, dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử nhà máy, robot, dây chuyền kiểm tra chất lượng sản phẩm… cơng tắc hành trình sensor nhiều ứng dụng 2.1.4 Cấu trúc phần cứng PLC Cấu trúc phần cứng tất PLC có bơ phận sau: Bộ xử lý, nhớ, nhập, xuất… Hình 2-2: Cấu trúc phần cứng PLC  Đợn vị xử lý trung tâm Là vi xử lý liên kết hoạt động hệ thống PLC, thực chương trình, xử lý tín hiệu nhập xuất thông tin liên lạc với thiết bị bên ngồi  Bộ nhớ (Memory) Có nhiều loại nhơ khác Đây nơi lưu giữ trạng thái hoạt động hệ thống nhớ người xử dụng Để đảm bảo PLC hoạt động, phải cần BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7/37 có nhơ để lưu trữ chương trình Có thể mở rộng thêm nhớ nhằm thực chương trình lớn như: - Vùng đệm tạm thời, lưu trữ trạng thái kênh xuất/nhập gọi RAM xuất/nhập - Lưu trữ tạm thời chức bên trong: Timer Counter,Relay… - Bộ nhớ gồm có loại sau: +Bộ nhớ đọc (ROM: Read Only Memory ): nhớ khả biến, lập trình cho lần Do khơng thích hợp cho việc điều khiển “mền” PLC ROM phổ biến so với loại nhớ khác + Bộ nhớ ghi đọc (RAM: Random Access Memory): nhớ thường dùng để lưu liệu chương trình người sử dụng Dữ liệu RAM nguồn điện bị Tuy nhiên vấn đề giải cách gắn thêm vào RAM nguồn điện dự phòng Ngày nay, kỹ thuật PLC Người ta sử dụng CMOSRAM nhờ tiêu tốn lượng thấp cung cấp nguồn oin dự phòng cho RAM + Bộ nhớ đọc chương trình xóa điện (EEPROM: Electric Erasable Programmable Only Memory): EEPROM kết hợp khả truy linh động RAM tính khả biến EPROM, nội dung EEPROM bị xóa lập trình điện, nhiên giới hạn số lần định BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8/37 Hình 2-3: Sơ đồ bơ nhớ chương trình 2.1.5 Hoạt động PLC Về hoạt động PLC đơn giản Đầu tiên, Mondun nhập/xuất dùng để đưa tín hiệu từ bên ngồi vào PLC Sensor, contac, tín hiệu từ động cơ… Sau nhận tín hiệu từ ngõ vào CPU xử lý đưa tín hiệu điều khiển qua Mondun xuất thiết bị điều khiển Trong suốt trình hoạt động, CPU đọc trạng thái thiết bị ngoại vi thông qua ngỗ vào, sau thực chương trình trơng nhớ như: đếm nhận lệnh từ nhớ chương trình đưa ghi lệnh để thi hành Chương trình viết dạng STL (Statemen List – dạng liệt kê) hay LADDER (dạng hình thang) dịch sang ngôn ngữ máy Sau thực xong chương trình, sau truyền thơng nội kiểm sốt lỗi Sau CPU thực gửi tín hiệu tới thiết bị điều khiển thông qua Modun xuất BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9/37 Đọc tín hiệu ngõ vào Thực chương trình Chu kỳ quét Scanning Gửi cập nhật tín hiệu ngõ Truyền thơng tự kiểm tra lỗi Một vong quét xảy với thời gian ngắn, vòng qt (Single scan) có thời gian thực vòng quét từ 1ms đến 100ms Việc thực hiệu chu kỳ quét dài hay ngắn phụ thuộc vào độ dài chương trình mức độ giao tiếp PLC thiết bị ngoại vi 2.1.6 Động DC giảm tốc Động giảm tốc có hộp số làm hồn tồn băng kim loại, kích thước cuộn dây, chổi than lớn cho lực kéo khỏe độ bền cao BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 24/37 Hình 3.28:  Thi công tủ điện BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 25/37 Hình 3.28: BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 26/37 BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 27/37 Hình 3.28: 3.3.2 Thi công băng tải  Bản vẽ BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 28/37 Hình 3.28:  Thi công BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 29/37 Hình 3.28: BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 30/37 3.3.3 Thi cơng khối chiết rót Hình 3.28: 3.3.4 Thi công mâm quay  Bản vẽ BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 31/37 Hình 3.28:  Thi cơng BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 32/37 Hình 3.28: 3.3.5 Thi công phần dán nhãn  Bản vẽ BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 33/37 Hình 3.28:  Thi cơng BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 34/37 Hình 3.28: BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 35/37 CHƯƠNG Giải thuật điều khiển 4.1 Cơ sở lý thuyết Trình bày sơ lược 4.2 Lưu đồ giải thuật PLC  4.3 Lưu đồ giải thuật SCADA Hình 3.9: Hàn ống dẫn nước cao BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 36/37 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 5.1 Tiến trình thực nghiệm Bước 1: Cấp nước vào bồn chứ, để chai lên băng tải, để nắp vào chỗ cấp nắp, cấp khí, cấp điện kiểm tra nguồn Bước 2: Chọn chế độ chạy tay hay tự động điều khiển Bước 3: Nhấn Reset tủ điện để mâm quay nhãn dán vị trí cảm biến Bước 4: Nhấn Start, dây chuyền chạy tự động hoàn toàn Bước 5: Nhấn Stop để dừng 5.2 Kết thực nghiệm Sau cấp nguồn bật Witch sang bị trí ON Đèn báo nguồn sáng ta đo nguồn 24V DC từ nguồn tổ ong 220V AC chuyển đổi Sau nhấn chọn chế độ Autu, nhấn Reset nhấn Start động dán nhãn động mâm quay hoạt động để đưa mâm quay nhãn dán vào vị trí cảm biến Sau mâm quay nhãn dán vào vị trí băng tải bắt đầu hoạt động đưa chai rỗng vào vị trí chiết rót Sau chai vào vị trí chiết rót Cảm biến vật cản hồng ngoại đưa tín hiệu PLC PLC xuất tín hiệu mở van điện để chiết rót nước vào chai Sau chai rót đầy van điện đóng lại mâm quay đưa chai tới vị trí cấp nắp, đồng thời băng chuyền tiếp tục đưa chai rỗng vào vị trí để tiếp tục chiết rót Sau chiết rót xong chai mâm quay đưa chai trước cấp nắp vào vị trí vặn nắp Khi nén đưa vặn nắp gồm động quay Trong lúc băng chuyền tiếp tục đưa chai trỗng vào vị trí chiết rót mâm quay đưa chai vừa chiết rót vào vị trí cấp nắp Sau chiết rót xong chai mâm quay đưa chai văn nắp vào băng chuyền để băng chuyền đưa chai tới vị trí dán nhãn Đồng băng chuyền tiếp tục đưa chai rỗng vào vị trí để tiếp tục chiết rót mâm quay lại đưa chai tới bị trí cấp nắp vặn nắp BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 37/37 Khi chai băng chuyền đưa đến vị trí cảm biến vật cản hồng ngoại băng tải dừng lại xi lanh đẩy kẹp chai giữu cố định bắt đầu dán nhãn Dây chuyền chiết rót, đóng nắp dán nhãn chai chạy tự đơng tuần hồn nhấn Stop dừng lại 5.3 Kết luận thực nghiệm Kết thưc nghiệm với dự kiến ban đầu sai lệch nhỏ không đáng kể BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 38/37 CHƯƠNG Kết luận 6.1 Ưu điểm - Hệ thống sử dụng PLC điều khiển nên công suất tiêu thụ - Dễ bảo quản sửa chữa - Dây kết nối giảm 70-80% so với hệ thống - Động quay xác - Màn hình hiển thị với ý tưởng vè giao diện thiết kế 6.2 Nhược điểm - Do chưa có kinh nghiệm nên thiếu xác số khâu, phận khí - Do thực đề tài với mơ hình chưa có kinh nghiệm thiết kế mơ hình nên gặp nhiều khó khăn q trình làm mơ hình - Hạn chế ngõ nên chưa đưa số cảnh báo lỗi 6.3 Hướng phát triển - Nếu xác phần khí, đề tài cho kết cao hơn, cho phép hệ thống hoạt động ổn định, xác áp dụng bên thực tế - Gắn thêm thiết bị đo để theo dõi nhằm xác định hệ thống chạy ổn đinh hay không - Thiết kế điều khiển dây chuyền Web server - Thêm ngõ điều khiển, tạo thêm cảnh báo lỗi ... gắn tủ điện  Hiểu nguyên lý, cách vận hành dây chuyền chiết rót, đóng năp dán nhãn tự động  Thiết kế hệ thống khí, hệ thống điện mơ hình  Nắm vững kiến thức PLC S7-1200 hãng Simen thiết bị... trí cấp nắp đồng thời thực bước - Bước 3: Sau chai chiết rót xong Mâm quay đưa chai cấp nắp vào vị trí vặn đồng thời thực bước 1,2 - Bước 4: Sau chai chiết rót xong Mâm quay đưa chai vặn nắp băng... 30x30x15  Bản vẽ thiết kế Hình 3.28: BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 16/37 Hình 3.28: 3.1.2 Khối băng tải  Chức - Vận chuyển chai rỗng vào vị trí chiết rót đưa chai đóng nắp vào vị trí dán nhãn