Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm sử dụng PLC s7 1200
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI - BÀI TẬP LỚN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Đề tài: Thiết kế hệ thống chiết rót đóng nắp sản phẩm sử dụng PLC S7-1200 Giáo viên hướng dẫn: Tống Thị Lý Hà Nội 4/2019 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU PHẦN 1- SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN PLC 1.1- Cấu trúc PLC 1.2- Các thành phần PL .3 1.3- Hoạt động PLC 1.4- So sánh PLC S7 200 với PLC S7 1200 .5 PHẦN 2- THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PLC S7 1200 HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP SẢN PHẨM 2.1- Thiết bị sử dụng mơ hình 2.2- Sơ đồ khối hệ thống 2.3- Tính chọn thiết bị 2.4- Nguyên lý hoạt động hệ thống 11 2.5- Phần mềm 15 LỜI NÓI ĐẦU Từ đời PLC (programmable logic controller) ngày khẳng định vai trò đời sống sản xuất Nó làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển khái niệm thiết kế chúng ưu điểm tuyệt vời Đặc trưng tất dòng PLC khả lập trình được, số IP dải quy định cho phép PLC hoạt động môi trường khắc nghiệt cơng nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng thấp, thay hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả nâng cấp thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập đầu xuất đáp ứng tuỳ nghi khả xem tiêu chí cho nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho hệ thống hoạt động tự động.Và để có nhìn khách quan PLC nhóm chúng em tìm hiểu hệ thống điều khiển công nghiệp thực tế Đó hệ thống chiết rót đóng nắp sản phẩm Hệ thống phổ biến nhà máy sản xuất nước ngọt, nước giải khát….Góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, chất lượng giá thành sản phẩm Do hiểu biết hạn chế nên tìm hiểu chúng em khơng tránh khỏi sai sót Kính mong q thầy góp ý để làm chúng em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn PHẦN 1- SƠ LƯỢC LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN PLC Ngày tự động hóa ngày đóng vai trò quan trọng đời sống cơng nghiệp, tự động hóa phát triển đến trình độ cao nhờ tiến lý thuyết điều khiển tự động, tiến ngành điện tử, tin học…Chính mà nhiều hệ thống điều khiển đời, phát triển mạnh có khả ứng dụng rộng Bộ điều khiển lập trình PLC Bộ điều khiển lập trình (Programmable controller) nhà thiết kế cho đời năm 1968(Công ty General Motor-Mỹ), với tiêu kỹ thuật nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển : Dễ lập trình thay đổi chương trình Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì sữa chữa Đảm bảo độ tin cậy môi trường sản xuất Tuy nhiên hệ thống đơn giản cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn việc vận hành lập trình hệ thống Vì nhà thiết kế bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (Programmable controller Handle) đời vào năm 1969 Điều tạo phát triển thật cho kỹ thuật lập trình Trong giai đoạn hệ thống điều khiển lập trình (PLC) đơn giản nhằm thay hệ thống Relay dây nối hệ thống điều khiển cổ Qua trình vận hành, nhà thiết kế bước tạo tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn: Dạng lập trình dùng giản đồ hình thang Sự phát triển hệ thống phần cứng từ năm 1975 làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ với chức mở rộng : Số lượng ngõ vào, ngõ nhiều có khả điều khiển ngõ vào, ngõ từ xa kỹ thuật truyền thông Bộ nhớ lớn Nhiều loại Module chuyên dùng Trong đầu thập niên 1970, với phát triển phần mềm, lập trình PLC khơng thực lệnh Logic đơn giản mà có thêm lệnh định thì, đếm kiện, lệnh xử lý toán học, xử lý liệu, xử lý xung, xử lý thời gian thực Ngồi nhà thiết kế tạo kỹ thuật kết nối hệ thống PLC riêng lẻ thành hệ thống PLC chung, tăng khả hệ thống riêng lẻ Tốc độ hệ thống cải thiện, chu kỳ quét nhanh Bên cạnh đó, PLC chế tạo giao tiếp với thiết bị ngoại nhờ mà khả ứng dụng PLC mở rộng 1.1- Cấu trúc PLC PLC thiết bị cho phép thực thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn nhữ lập trình Tồn chương trình điều khiển lưu nhớ nhớ PLC Điều nói PLC giống máy tính, nghĩa có vi xử lý, điều hành, nhớ để lưu chương trình điều khiền, liệu cổng vào để giao tiếp với đối tượng điều khiển…Như thấy cấu trúc PLC gồm thành phần sau : Mô đun nguồn Mơ đun xử lý tín hiệu Mô đun vào Mô đun Mô đun nhớ Thiết bị lập trình Sơ đồ PLC biểu diễn hình bên Ngồi mơ đun này, PLC có mơ đun phụ trợ mơ đun kết nối mạng, mô đun truyền thông, mô đun ghép nối mơ đun chức để xử lý tín hiệu mô đun kết nối với can nhiệt, mô đun điều khiển động bước, mô đun kết nối với encoder, mô đun đếm xung vào… 1.2- Các thành phần PL Trạng thái ngõ vào PLC phát lưu vào nhớ đệm,(bộ nhớ PLC gồm loại sau: ROM, EPROM, EEOROM PLC ) thực lệnh logic trạng thái chúng thơng qua chương trình trạng thái, ngõ cập nhật lưu vào nhớ đệm Sau đó, trạng thái ngõ nhớ đệm dùng để đóng/mở tiếp điểm kích hoạt thiết bị tương ứng Như vậy, hoạt động thiết bị điều khiển hoàn tồn tự động theo chương trình nhớ Chương trình nạp vào PLC thơng qua thiết bị lập trình chuyên dụng 1.3- Hoạt động PLC Bộ vi xử lý quét trạng thái đầu vào thiết bị phụ trợ, thực logic điều khiển đặt chương trình ứng dụng, thực tính tốn điều khiển đầu tương ứng PLC Các PLC hệ cuối cho phép thực phép tính số học phép tính logic, nhớ lớn hơn, tốc độ xử lý cao có trang bị giao diện với máy tính, với mạng nội bộ.v.v Bộ vi xử lý điều khiển chu kỳ làm việc chương trình Chu kỳ gọi chu kỳ quét PLC, tức khoảng thời gian thực xong vòng lệnh chương trình điều khiển Chu kỳ quét minh họa hìnhsau : Chu kỳ quét PLC Khi thực quét đầu vào, PLC kiểm tra tín hiệu từ thiết bị vào cơng tấc, cảm biến,…Trạng thái tín hiệu vào lưu tạm thời váo mảng nhớ Trong thời gian quét chương trình, xử lý quét lệnh chương trình điều khiển, sử dụng trạng thái tín hiệu vào mảng nhớ để xác định đầu đáp ứng hay không Kết trạng thái đầu ghi vào mảng nhớ, PLC cấp ngắt điện cho mạch để điều khiển thiết bị ngoại vi Chu kỳ quét PLC kéo dài từ đến 25 mili giây Thời gian quét đầu vào đầu thường ngắn so với chu kỳ quét PLC 1.4- So sánh PLC S7 200 với PLC S7 1200 PHẦN 2- THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PLC S7 1200 HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP SẢN PHẨM PLC thiết bị ứng dụng rộng rãi tất lĩnh vực đời sống từ sản xuất , học tập, sinh hoạt hay lĩnh vực an ninh, quân nhằm tối ưu hóa suất khả tự động hóa hệ thống Và chúng em chọn ứng dụng sản xuất mà cụ thể hệ thống chiết rót đóng nắp chai làm đề tài nghiên cứu Đây hệ thống phổ biến nhà máy sản xuất nước ngọt, nước đóng chai, bia rượi…góp phần nâng cao hiệu chất lượng sản phẩm Các biến đầu vào đầu hệ thống: Các đầu vào SB1–SB8 Cảm biến vị trí bàn xoay Cảm biến vị trí đầu vào bàn xoay Cảm biến vị trí rót nước Cảm biến vị trí đóng nắp Cảm biến trước xilanh ép nắp Cảm biến sau xilanh ép nắp Các đầu SQ1-SQ8 Động cấp phôi Động băng tải Động bàn xoay Động bơm nước Xi lanh đẩy nắp thu Xilanh đẩy nắp Cảm biến trước xilanh đẩy nắp 2.1- Xilanh ép nắp đẩy Thiết bị sử dụng mơ hình - Module PLC S7-1200 CPU1212C + SM1223 SM1234 - Module nguồn 24V 5A - Module rơ le trung gian - Module nút bấm tự phục hồi - Cơ cấu chấp hành điều khiển nhiệt độ Máy vi tính cài đặt phần mềm sau: Tia portal V13 - Dây kết nối 2.2- Sơ đồ khối hệ thống Khởi Hệ Đóng động Lấy Đóng Kết thống nắp hệ chai gói thúc rót chai thống Khâu khởi động: Hệ thống bắt đầu khởi động thông qua nút ấn hay điều khiển người kĩ sư qua phần mềm Khâu lấy chai: Những chai kiểm tra loại bỏ sản phẩm lỗi đưa lên băng chuyền để vào hệ thống chiết rót Khâu rót: Trước hệ thống rót có thiết kế cảm biến để đếm số lượng chai vào hệ thống rót Tùy vào quy mơ mà số lượng chai lên đến vài chục chai lần rót Sau hệ thống đếm đủ số chai, hệ thống rót hạ xuống đồng thời băng chuyền dừng hoạt động Hệ thống rót chất lỏng theo thể tích quy định trước với chế độ rót riêng biệt chất lỏng Sau rót xong, hệ thống rót nâng lên, chai đầy di chuyển sang khâu đóng nắp chai rỗng lại tiếp tục đưa vào hệ thống rót Khâu đóng nắp chai: Những chai rót đầy chất lỏng đưa vào hệ thống đóng nắp chai Tùy vào loại chai mà hệ thống sử dụng máy nén để dập nút hay động để vặn nút chai Sau đóng nắp , chai chuyển qua khâu đóng gói sản phẩm Khâu đóng gói sản phẩm: Đây bước cuối hệ thông, chai thành phẩm đưa vào thùng hàng theo số lượng quy định Kết thúc mmottj chu kỳ hệ thống Phần cứng 2.3- Tính chọn thiết bị Bộ lọc khí điều chỉnh áp suất Có nhiệm vụ tách phần chất bẩn nước khỏi khí nén Nguyên lý thực van lọc sau: Chuyển động xốy dòng áp suất khí nén van lọc Phần tử lọc xốp làm chất như: vải dây kim loại, giấy thấm ướt, kim loại thiêu kết hay vật liệu tổng hợp Khí nén tạo chuyển động xoáy qua xoắn kim loại Sau qua phân tử lọc, tuỳ theo yêu cầu chất lượng khí nén mà chọn loại phần tử lọc Độ lớn đường kính lỗ phần tử lọc có loại từ µm đến 70 µm Trong trường hợp yêu cầu chất lượng khí nén cao, vật liệu phần tử lọc chọn sợi thuỷ tinh, có khả tách nước khí nén đến 99,9% Những phần tử lọc vậy, dòng khí nén chuyển động từ ngồi Có cơng dụng giữ áp suất điều chỉnh không đổi, có thay đổi bất thường tải trọng làm việc phía đường dao động áp suất đường vào van Hình 2: Van lọc khí Nguyên tắc hoạt động van điều chỉnh áp suất điều chỉnh trục vít, tức điều chỉnh vị trí trục van, trường hợp áp suất đường tăng lên so với áp suất đường điều chỉnh, khí nén qua lỗ thơngtác động lên màng, vị trí kim van thay đổi, khí nén qua lỗ xả khí ngồi Cho đến chừng nào, áp suất đường giảm áp suất điều chỉnh ban đầu, vị trí kim van trở vị trí ban đầu Van 5/2 Van 5/2 van có cửa vị trí : Cấu tạo van 5/2 Khi chưa cấp khí vào cửa điều khiển 14, tác dụng lực lò xo van hoạt động vị trí bên phải, lúc cửa số thơng với cửa số cửa thông với cửa 5, cửa số bị fv chặn Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển 14 van 5/2 đảo trạng thái làm cửa thông với cửa 4, cửa thông với cửa cửa bị chặn Băng tải Mơ hình sử dụng băng tải để dẫn chai vào bàn xoay Ở đầu băng tải có đặt Mơ Tơ quay để điều khiển băng tải ta cần dùng mô tơ để kéo băng tải giúp băng tải chuyển động dễ dàng Động bơm nước Ở mơ hình chiết rót đóng nắp sản phẩm có sử dụng động để bơm nước từ bình nước lên qua ống dẫn nước Bơm nước giúp giảm chi phí điện năng, điểm thăm quan lý tưởng cho mơ hình Đây hệ thống sử dụng cho bơm có cơng suất nhỏ Sau cảm biến chiết rót nhận chai vị trí động hoạt động để bơm trực tiếp vào chai thời gian delay định Bàn xoay 10 Bàn xoay có tác dụng đưa sản phẩm ban đầu lên băng tải Bàn xoay Bàn xoay có nhiệm vụ cảm biến nhận chai, bàn xoay quay đến vị trí rót nước, sau để trễ thời gian rót nước xong bàn xoay tiếp tục quay đến cơng đoạn đóng nắp chai cuối hồn thành sản phẩm vòng xoay tiếp tục suốt đến ấn stop để dừng hoạt động mơ hình Hộp panel điều khiển 2.4- Nguyên lý hoạt động hệ thống 11 - Chai cấp tay vào bàn xoay Khi bấm nút khởi động bàn xoay quay, băng tải quay vận chuyển chai đến bàn xoay Khi cảm biến vị trí đầu vào bàn xoay SQ1 phát chai từ băng tải đưa tới Bàn xoay chạy đưa chai đến vị trí cảm biến vị trí rót nước vào chai tác động dừng bàn xoay Trễ thời gian sau bơm nước khoangr thời gian Khi bàn xoay tác động tiếp đưa chai đến vị trí thả nắp Việc phát vị trí thả nắp nhờ cảm biến phát vị trí thả năp Tại nắp thả xuống miêng chai sau xi lanh tác động đóng chặt nắp chai Tiếp sau bàn xoay tác động đưa chai chiết rót nước đóng nắp đến kho chứa sản phẩm Q trình lặp lại bấm nút Stop Lưu đồ thuật tốn lấy chai 12 Hình 11: Lưu đồ thuật toán cấp chai Lưu đồ thuật tốn bơm nước: Hình 13: Lưu đồ thuật tốn bơm nước Lưu đồ thuật tốn đóng nắp 13 Hình 14:Lưu đồ đóng nắp sản phẩm 14 2.5- Phần mềm Bảng phân định đầu cho PLC Bảng 1:Phân định đầu vào Tên chức Địa start I0.0 Stop I0.1 Cảm biến vị trí bàn xoay I1.0 Cảm biến vị trí đầu vào bàn xoay I1.1 Cảm biến vị trí rót nước I1.2 Cảm biến vị trí đóng nắp I1.3 Cảm biến trước xilanh ép nắp I0.4 Cảm biến sau xilanh ép nắp I0.5 Cảm biến trước xilanh đẩy nắp I0.6 Cảm biến sau xilanh đẩy nắp I0.7 Bảng 3.2 Bảng phân định đầu Tên chức Địa Động cấp phôi Q0.0 Động băng tải Q0.1 Động bàn xoay Q0.2 Động bơm nước Q0.3 Xilanh đẩy nắp thu Q0.4 Xilanh đẩy nắp đẩy Q0.5 Xilanh ép năp đẩy Q1.0 Xilanh ép nắp thu Q1.1 Chương trình điều khiển điều khiển chiết rót đóng nắp sản phẩm Chương trình OB1 15 Chương trình RUN 16 17 18 Chương trình RESET Chương trình BIẾN TRUNG GIAN 19 20 Quy trình vận hành hệ thống Bước 1: Đóng aptomat pha Bước 2: Bấm ON hộp nguồn để cấp điện cho toàn hệ thống Bước 3: Tải chương trình lập trình cho PLC S7-1200 Bước 4: Chạy chương trình điều khiển giám sát dùng ứng dụng Tia portal V13 Bước 5: Cho nắp vào khoang chứa nắp, cấp phơi vào vị trí bàn xoay Bước 6: Nhấn “Reset” giao diện Wincc khoảng 5s Bước 7: Nhấn “Start” giao diện Wincc Bước 8: Quá trình làm việc hiển thị phần mềm Bước 9: Bấm Stop để dừng hệ thống 21 ... So sánh PLC S7 200 với PLC S7 1200 PHẦN 2- THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PLC S7 1200 HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP SẢN PHẨM PLC thiết bị ứng dụng rộng rãi tất lĩnh vực đời sống từ sản xuất... KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ỨNG DỤNG PLC S7 1200 HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP SẢN PHẨM 2.1- Thiết bị sử dụng mơ hình 2.2- Sơ đồ khối hệ thống 2.3- Tính chọn thiết bị ... bỏ sản phẩm lỗi đưa lên băng chuyền để vào hệ thống chiết rót Khâu rót: Trước hệ thống rót có thiết kế cảm biến để đếm số lượng chai vào hệ thống rót Tùy vào quy mơ mà số lượng chai lên đến vài