Điều khiển và giám sát dây chuyền chiết rót sử dụng S7-1200

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍMINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC S7 - 1200 GVHD: Th.S NGHUYỄN TẤN ĐỜI SVTH: ĐỖ QUANG HUY MSSV: 15141170 SVTH: NGÔ HỒI NAM MSSV: 15141214 Tp Hồ ChíMinh - 12/2019 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍMINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC S7 - 1200 GVHD: Th.S NGHUYỄN TẤN ĐỜI SVTH: ĐỖ QUANG HUY MSSV: 15141170 SVTH: NGƠ HỒI NAM MSSV: 15141214 Tp Hồ ChíMinh - 12/2019 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍMINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỆT NAM BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC Y SINH o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đỗ Quang Huy MSSV: 15141170 NgơHồi Nam MSSV: 15141214 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử - truyền thông Mãngành: 141 Hệ đào tạo: Đại học quy Mãhệ: Khóa: 2015 Lớp: 15141DT Họ tên sinh viên: I TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC S7 – 1200 II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu - Nhì n nhận tính cấp thiết vàvai tròquan trọng việc điều khiển vàgiám sát hệ thống chiết rót - Tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu, mơhình liên quan tới đề tài để so sánh, cải tiến - Nghiên cứu datasheet vàứng dụng servo công nghiệp Nội dung thực - Nhiệm vụ 1: Kết nối PLC với Driver để điều khiển Servo Motor - Nhiệm vụ 2: Thiết kế vàthi công dây chuyền triết rót - Nhiệm vụ 3: Thiết kế giao diện SCADA giao tiếp với PLC vàdây chuyền thực tế III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Nguyễn Tấn Đời CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN i ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TRƯỜNG ĐH SPKT TP HỒ CHÍMINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ NAM BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC SINH o0o -Tp HCM, ngày tháng năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Đỗ Quang Huy Lớp: 15141DT2C MSSV: 15141170 Họ tên sinh viên 2: NgơHồi Nam Lớp: 15141DT2C MSSV: 15141214 Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC S7-1200 Tuần/ngày Nội dung Kết dự kiến Tuần (26/08 – 31/08) Nhận đề tài tốt nghiệp Đề tài Tuần (02/09 – 07/09) Viết đề cương Đề cương DATN Tuần (09/09 – 14/09) Thiết kế khí Bản vẽ 3D Tuần (16/09 – 21/09) Thiết kế khí Bản vẽ 3D Tuần (23/09 – 28/09) Gia cơng khí Kết nối chi tiết Xác nhận GVHD khí Tuần (30/09 – 05/10) Gia cơng khí Kết nối chi tiết khí Tuần (07/10 – 12/10) Thiết kế, thi công hệ Bản vẽ tủ điện thống điện kết nối thiết bị điện Tuần (14/10 – 19/10) Lập trình PLC Code PLC Tuần (21/10 – 26/10) Thiết kế giao diện Giao diện Wincc Wincc giám sát ii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tuần 10 (28/10 – 02/11) Lắp đặt hệ thống Dây chuyền chạy thử nghiệm Tuần 11 (04/11 – 09/11) Tuần 12 (11/11 – 16/11) Lắp đặt hệ thống Kết chạy thử chạy thử nghiệm nghiệm Viết báo cáo + cân Báo cáo phần chỉnh hệ thống sở lý thuyết, cân chỉnh băng tải Tuần 13 (18/11 – 23/11) Viết báo cáo + cân Báo cáo phần tính chỉnh hệ thống toán, cân chỉnh mâm xoay Tuần 14 (25/11 – 30/11) Viết báo cáo + cân Báo cáo phần thiết chỉnh hệ thống kế, cân chỉnh khối dán nhãn Tuần 15 (02/12 – 07/12) Viết báo cáo + cân Báo cáo phần thực chỉnh hệ thống hiện, cân chỉnh khối kiểm tra Tuần 16 (09/12 – 14/12) Viết báo cáo + cân Báo cáo phần thực chỉnh hệ thống hiện, cân chỉnh hệ thống dây dẫn Tuần 17 (16/12 – 21/12) Hoàn thành GV HƯỚNG DẪN (Kývàghi rõhọ vàtên) iii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN - Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC S7 - 1200 - GVHD: Th.S NGUYỄN TẤN ĐỜI - Họ vàtên sinh viên 1: MSSV: 15141170 Số điện thoại liên lạc: ĐỖ QUANG HUY Lớp: 15141DT2C 0972993676 Email: 15141170@student.hcmute.edu.vn - Họ vàtên sinh viên 2: MSSV: 15141214 Số điện thoại liên lạc: NGƠ HỒI NAM Lớp: 15141DT2C 0349078300 Email: 15141214@student.hcmute.edu.vn “ Tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) tơi nghiên cứu làthực Tơi khơng chép từ bất kìmột viết cơng bố mà khơng trí ch dẫn nguồn gốc Nếu cóbất kìmột vi phạm nào, tối xin chịu hoàn toàn trách nhiệm” Người thực đề tài Đỗ Quang Huy NgơHồi Nam iv ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Tấn Đời – Giảng viên môn Tự Động Điều Khiển trực tiếp hướng dẫn vàtận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài Em xin gởi lời chân thành cảm ơn thầy côtrong khoa Điện – Điện Tử tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đề tài Em gửi lời cảm ơn đến bạn lớp chia sẻ trao đổi kiến thức kinh nghiệm quýbáu thời gian thực đề tài Xin chân thành cảm ơn! Người thực đề tài Đỗ Quang Huy NgơHồi Nam v ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CẢM ƠN v MỤC LỤC vi LIỆT KÊ HÌNH ix LIỆT KÊ BẢNG x TÓM TẮT xi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 BỐ CỤC 1.5 GIỚI HẠN CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Các hệ thống chiết rót cósẵn thị trường 2.1.3 Các loại máy dán nhãn công nghiệp thị trường 2.2 TỔNG QUAN VỀ PLC 2.2.1 PLC làgì? 2.2.2 Cấu tạo PLC 2.2.3 Đặc điểm vàvai tròcủa PLC 10 2.2.3.1 Đặc điểm 10 2.2.3.2 Vai trò 11 2.3 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 - 1200 11 2.3.1 Khái niệm chung PLC S7 – 1200 11 2.3.2 Các thành phần PLC S7 – 1200 12 2.3.3 Các dòng CPU S7 – 1200 12 2.3.4 Module mở rộng PLC S7 – 1200 13 vi ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3.5 Các tính bật PLC S7 – 1200 14 2.4 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ 14 2.4.1 TIA portal V13 14 2.4.2 WinCC professional 16 2.5 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ SERVO 17 2.5.1 Động servo ? 17 2.5.2 Cơ cấu hoạt động 18 2.5.3 Sơ đồ hồi thiếp vòng kín 18 2.5.4 Phương pháp điều khiển hệ servo 18 2.5.4.1 Điều khiển vị trí 18 2.5.4.2 Điều khiển tốc độ 19 2.5.4.3 Điều khiển Mômen 19 2.5.5 Các lệnh điều khiển khối motion 20 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 22 3.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ 22 3.2 MÔ TẢ HỆ THỐNG 22 3.3 THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ 23 3.3.1 Chọn băng tải 23 3.3.2 Chọn khung sườn 23 3.3.3 Chọn mâm xoay 24 3.3 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN 25 3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống 25 3.3.2 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống 26 3.3.2.1 Khối điều khiển PLC S7 - 1200 26 3.3.2.2 Khối nguồn 27 3.3.2.3 Khối nút nhấn 28 3.3.2.4 Đèn báo 29 3.3.2.5 Thiết bị đóng ngắt Relay 30 3.3.2.6 Khối chiết rót 31 3.3.2.7 Khối đóng nắp 32 3.3.2.8 Khối dán nhãn 35 3.3.2.9 Khối phân loại 36 3.3.2.10 Khối mâm xoay 39 vii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.4 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC 44 3.4.1 Sơ đồ mạch động lực Driver servo 44 3.4.2 Sơ đồ mạch động lực động 45 3.5 SƠ ĐỒ KẾT NỐI HỆ THỐNG 45 3.6 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC VỚI DRIVER SERVO 46 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG 47 4.1 GIỚI THIỆU 47 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 47 4.2.1 Thi cơng phần khí 48 4.2.1.1 Thi cơng hệ thống khínén 48 4.2.1.2 Thi công hệ thống mâm xoay 49 4.2.2 Thi công phần điện 49 4.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 51 4.4 ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 53 4.4.1 Viết chương trình điều khiển 53 4.4.2 Thiết kế giao diện giám sát 59 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT 61 5.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 61 5.2 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 61 5.2.1 Kết phần cứng 61 5.2.2 Kết phần chiết rót 62 5.2.3 Kết phần giám sát 63 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64 6.1 KẾT LUẬN 64 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 PHỤ LỤC 66 viii ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 15 Kết nối PLC với Wincc Hình 16 Xây dựng giao diện giám sát SCADA 60 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT 5.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Sau thời gian 16 tuần, nhóm hồn tất việc thực việc tìm đề tài, lên phương án thực hiện, thiết kế vàthi công dây chuyền Mặc dùgặp nhiều khó khăn với nỗ lực, cố gắng học tập nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báo đạt số kết sau:  Xây dựng thành công dây chuyền đóng nắp, chiết rót vàdán nhãn chai  Nghiên cứu sâu cách sử dụng lệnh Motion  Nghiên cứu sâu cách thức giao tiếp PLC với servo  Nghiên cứu vàthiết kế giao diện điều khiển vàgiám sát SCADA  Kết nối điều khiển thiết bị hệ thống  Xây dựng vàlập trình PLC cho hệ thống chạy hồn chỉnh 5.2 KẾT QUẢ THỰC HIỆN 5.2.1 Kết phần cứng Hình Kết phần cứng 61 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nhận xét nhóm - Khung sườn phần cứng chắn, động servo mâm xoay cố định chặt lại nên mâm xoay quay chí nh xác - Hệ thống phân loại chai hoạt động ổn định - Xi – lanh khí nén thiết kế phùhợp với kích thước băng tải - Cơ cấu đóng nắp ln đáp ứng tốt trường hợp nắp chai gạt với vị trírãnh chai - Bảng điện có kích thước 500*500 mm bố trívừa đủ module, thiết bị điều khiển hệ thống - Có CB đóng ngắt điện đảm bảo an tồn - Tồn dây dẫn máng nhựa sau bảng điều khiển tang tí nh thẩm mỹ, an tồn điện 5.2.2 Kết phần chiết rót Với việc sử dụng định thời động bơm 12V chai bị hụt nước thời gian hút nước vào đường dẫn máy bơm Kể từ chai thứ hai trở đi, việc cung cấp làliên tục thìsai số chênh lệch mực nước í t Qua nhiều 50 lần thực nghiệm thìtổng số chai đạt là45 chai, số chai lỗi là5 chai Từ kết đạt nhóm xác định độ chí nh xác bơm 90% Hình Kết thực nghiệm chiết rót 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.2.3 Kết phần giám sát Hình Kết giao diện giám sát chí nh Hình Kết giao diện giám sát điều khiển Nhận xét nhóm - Giao diện điều khiển dễ nhì n, dễ dàng sử dụng, cóhiển thị hiệu ứng cấu chấp hành cóđiện - Thực chế độ điều khiển: Manual vàAuto - Màn hình cóu cầu đăng nhập User người dùng - Hệ thống cómơphỏng chuyển động chai nước so với thực tế, thể tính tương quan 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN Sau quátrình tìm hiểu động AC Servo, tham khảo mơhì nh chiết rót vàdán nhãn sử dụng đồng thời việc thi công hệ thống với thời gian quy định thìnhóm hồn thành đề tài đồ án tốt nghiệp mì nh Về bản, nhóm đạt mục tiêu đề Qua đồ án tốt nghiệp nhóm đạt số thành sau: - Hệ thống hoạt động ổn định, xác Cơ cấu chiết rót vàdán nhãn cósai số thấp, mâm xoay xoay góc 900 Động Servo hoạt động trơn tru không bị khựng, giật Cơ cấu gạt đóng nắp chai hoạt động xác - Hiểu cách thức hoạt động, cài đặt thông số vận hành động Servo AC tính ứng dụng cao nótrong cơng nghiệp - Biết thêm lệnh Motion - Giám sát, điều khiển hệ thống thông qua giao diện SCADA tốt - Sản phẩm đáp ứng yêu cầu đề nhóm Đồng thời nhóm biết nhược điểm dây chuyền đề tài mì nh: - Phần cứng hệ thống cótí nh thẩm mỹ chưa cao - Nhóm dùng bơm thường để chiết rót nên chai nước dây chuyền bị hụt nước, kể từ chai thứ hai trở mực nước chiết rót ổn định vàcósai số thấp 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN - Thêm thiết bị bảo vệ để tránh hư hỏng tác động bên - Cải thiện phần khí hệ thống tốt để tăng thêm độ chí nh xác - Thay đổi cấu chiết rót, thay vìdùng bơm thường đổi thành chiết rót bơm định lượng hệ thống chiết rót dùng pittơng - Cóthể điều khiển hệ thống qua thiết bị khác Tablet, HMI… - Xây dựng thuật tốn điều khiển thơng minh - Bổ sung thêm phần cung cấp chai rỗng vànhận chai sau chiết rót 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Văn Hiếu, Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA Portal, NXB Khoa học vàkỹ thuật, 2019 Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLC S7-1200 với TIA Portal, NXB Khoa học vàkỹ thuật, 2015 Phạm Quang Huy – Nguyễn Duy Ngọc, Điều khiển lập trình với S7 - TIA Portal, NXB Khoa học vàkỹ thuật 2014 Xi - lanh khí nén, Internet: https://vankhinen.vn/van-dien-tu-khi-nen-la-gi- solenoidvalve-la-gi-bid93.html, 2016 Cảm biến quang, Internet: https://sieuthivattudien.com/cam-bien-quang-dien-la- gicong-dung-va-vai-tro-cua-no/?fbclid=IwAR2oeA3_jGQt2hXWQItOYObnp-4-h4uSeRX621eAv9HS_AYo1nA8eYH7yM, 2017 Khái niệm cấu tạo động Servo, Internet: https://solarstore.vn/khai-niemdong-co-servo-la-gi Cảm biến nhãn, Internet: http://www.fotek.com.tw/pdf/SU-02.pdf 65 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHỤ LỤC 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 74 ... TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC S7 – 1200 II NHIỆM VỤ Các số liệu ban đầu - Nhì n nhận tính cấp thiết vàvai tròquan trọng việc điều khiển v giám sát hệ thống chiết rót. .. “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG S7-1200 để nghiên cứu vàthực đề tài tốt nghiệp 1.2 MỤC TIÊU Với đề tài mục tiêu mà nhóm đề để giải công việc sau: - Nghiên cứu ứng dụng vàgiao... là: máy chiết rót bơm bánh răng, máy chiết rót bơm piston, máy chiết rót bơm trục ví t, máy chiết rót lưu lượng kế vàmáy chiết rót kiểu đối lưu  Máy chiết rót bơm bánh Hình Máy chiết rót bơm