thiết kế, thi công, điều khiển và giám sát hệ thống sản xuất nước ép dưa hấu đóng chai

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG, ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC ÉP DƯA HẤU ĐÓNG CHAI GVHD : TS.TRẦN VI ĐƠ HĨA BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG, ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC ÉP DƯA HẤU ĐĨNG CHAI GVHD : TS.TRẦN VI ĐƠ DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Các đặc điểm s7-1200………………………………………6 Bảng 2.2: Thông số module………………………………………………….11 Bảng 2.3: Nguyên lý chuyển đổi đáp ứng kích thích…………………… … 22 Bảng 2.4: Phân loại cảm biến theo tính năng………………………… 22 Bảng 2.5: Phân loại cảm biến theo dạng kích thích……………………… …23 Bảng 2.6: Phạm vi sử dụng cảm biến…………………………………… 24 YBảng 4.1: Thông tin CPU 1212C 35 Bảng4.2: Thông tin chung SM 1222 RLY 38 Bảng 4.3: Thông tin ngõ SM 1222 RLY .38 Bảng 4.4: Thơng số kĩ thuật Xi Lanh Khí Nén SMC CQ2W-Z 45 YBảng 5.1: Bảng địa PL ……………………… …… 65 Bảng 5.2: Địa PLC chương trình chính………………………………….67 Bảng 5.3: Địa chương trình ép nước………………………………………….68 Bảng 5.4: Địa PLC khâu chiết rót…………………………………….….71 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Hình dạng bên ngoai S7 – 1200 module mở rộng Hình 2.2: Hình dạng bên ngồi S7 – 1200 (CPU 1212C) .8 Hình 2.3: Cấu trúc bên Hình 2.4: Sơ đồ đấu dây S7 -1200 / CPU 1212 10 Hình 2.5: Phương pháp lập trình điều khiển 12 Hình 2.6: Chương trình LAD 12 Hình 2.7: Ví dụ ngơn ngữ FDB .13 Hình 2.8: Giao diện Tia Portal V13 (portal ) .14 Hình 2.9: Giao diện TIA Porttal V13 (Project view) 15 Hình 2.10: Sơ đồ thiết kể chương trình điều khiển .15 Hình 2.11: Động bước 16 Hình 2.12: Cấu tạo bên động bước 16 Hình 2.13: Sơ đồ nguyên lý hoạt động động bước với Rotor cực lực điện từ điều khiển xung cực .18 Hình 2.14: Động bước nhiều pha 18 Hình 2.15: Động bước cực 19 Hình 2.16: Enable xung PTO 20 Hình 2.17: Khai báo xung cho PTO 20 Hình 2.19: Hệ thống điều khiển tự động qúa trình 21 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật hệ thống Hình 3.3: Thiết kế băng tải phần mềm solidworks Hình 3.4: Cơ cấu ép Hình 3.5: Cơ cấu đẩy Hình 3.6: Mâm Hình 3.7: Dẫn hướng Hình 3.8: Mâm Hình 3.9: Dẫn hướng Hình 3.10: Máng cấp nắp Hình 3.11: Vặn nắp Hình 3.12: Bản vẽ kết nối PLC kết nối với thiết bị ngoại vi AutoCad Electrical 2019 Hình 3.13: Power supply Hình 3.14: Input Hình 3.15: Ouput Hình 3.16: PLC S7-1200 CPU 1212 DC/DC/DC module mở rộng SM 222 DC/Rly Hình 4.1: PLC S7 1200 DC/DC/DC 36 Hình 4.2: PLC S7-1212C DC/DC/DC 37 Hình 4.3: Module mở rộng SM 1222 RLY 37 Hình 4.4: SM 1222 RLY 40 Hình 4.5: Động bước SANYO DENKI 103H7126-0740 41 Hình 4.6: Hộp số hành tinh NEMA .41 Hình 4.8: Cảm biến phát vật NPN .43 Hình 4.9: Xi Lanh Khí Nén AIRTAC SC50-100 44 Hình 4.10: Xi Lanh Khí Nén SMC CQ2W-Z 45 Hình 4.11: Xi Lanh Khí Nén AIRTAC SC20-250 .46 Hình 4.12: Solenoid khí nén AIRTAC 4V110-06 .47 Hình 4.13: Cầu dao tự động C10-Chint pha……………………………………47 Hình 4.14: Nút nhấn……………………………………………………….…… 48 Hình 4.15: Kích thước nút nhấn………………………………………………….48 Hình 4.16: Cơng tắc xoay 49 Hình 4.17: Đèn báo .50 Hình 4.18: Nguồn 24VDC 51 Hình 4.19: Tủ điện .51 Hình 4.20: Rờ le trung gian hãng Omron LY2N 52 Hình 4.21: Máy bơm 24VDC FMWB 1600 53 Hình 4.22: Động giảm tốc 52 rpm 54 Hình 4.23: Động giảm tốc DCM TG38 54 Hình 4.24: Băng tải Hình 5.1: Gia cơng Rulo………………………………………………………….59 Hình 5.2: Khung băng tải 59 Hình 5.3: Thiết kế gối đỡ vịng bi 60 Hình 5.4: Bộ điều chỉnh độ co giãn băng tải 60 Hình 5.5: Cơ cấu ép………………………………………………………………61 Hình 5.6: Cơ cấu đẩy 61 Hình 5.7: Lắp rắp mâm xoay .61 Hình 5.8: Cố đình động bước với khung mơ hình 62 Hình 5.9: Kết nối máng cáp với khung mơ hình thơng qua giá đỡ 62 Hình 5.10: Đấu dây tủ điện……………………………………………… 63 Hình 5.11: Đấu dây đèn nút nhấn 63 Hình 5.12: Mơ hình ép……………………………………………………………64 Hình 5.13: Mơ hình chiết rót .64 Hình 5.14: Mơ hình ép chiết rót hồn thiện 64 Hình 5.15: Chương trình hệ thống .66 Hình 5.16: Chương trình ép nước dưa hấu 68 Hình 5.17: Chương trình chiết rót .70 Hình 5.18: Chương trình reset .72 YHình 6.1: Hồn thiện mơ hình thực tế……………………………………………73 Hình 6.2: Mơ hình ép chiết rót SCADA…………………………………….74 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết PLC S7 1200 2.1.1 Tổng quan PLC S7 1200 2.1.2 Phân loại 2.1.3 Hình dạng bên ngồi (CPU 1212C) .7 2.1.4 Cấu trúc bên 2.1.5 Đấu dây 2.1.6 Module mở rộng 10 2.1.7 Phương pháp lập trình điều khiển .11 2.1.8 Các ngơn ngữ lập trình .11 2.1.9 Phần mềm lập trình SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic 13 2.1.10 Trình tự bước thiết kế chương trình điều khiển 14 2.2 Cơ sở lý thyết động bước .14 2.2.1 Cấu tạo động bước 14 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 16 2.2.3 Các loại động bước .17 2.2.4 Điều khiển động bước 18 2.2.5 Giao diện điều khiển động bước .18 2.3 Giới thiệu loại cảm biến 20 2.3.1 Định nghĩa 20 2.3.2 Phân loại 21 2.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống ép chiết rót nước ép dưa hấu 23 2.4.1 Phương án bố trí vị trí đầu chiết bố trí dây chuyền 23 2.4.1.1 Bố trí dây chuyền đầu chiết theo đường thẳng .23 2.4.1.2 Bố trí dây chuyền đầu chiết theo đường tròn 23 2.4.1.3 Kết luận chọn phương án bố trí .24 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 25 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 25 3.2 Lưu đồ giải thuật .26 3.3 Tính tốn phần khí 27 3.3.1 Băng tải .27 3.3.2 Hệ thống ép đẩy xác .27 3.3.3 Mâm xoay 28 3.3.4 Cấp nắp 31 3.3.5 Vặn nắp 32 3.4 Bản vẽ kết nối mạch điện 32 CHƯƠNG 4: LỰA CHỌN THIẾT BỊ 35 4.1 PLC S7 1212C module mở rộng SM 1222 RLY 35 4.1.1 PLC S7 1212C 35 4.1.2 Module mở rộng SM 1222 RLY 37 4.2 Động bước, hộp số hành tinh drive step motor 40 4.2.1 Động bước SANYO DENKI 103H7126-0740 40 4.2.2 Hộp số hành tinh NEMA 41 4.2.3 Drive TB6600 41 4.3 Cảm biến phát vật cản NPN E3F- DS30C4 .42 4.4 Xi lanh khí nén 44 4.5 Xi Lanh Khí Nén SMC CQ2W-Z 44 4.6 Xi lanh khí nén AIRTAC SC20-250 45 4.7 Solenoid khí nén AIRTAC 4V110-06 .46 4.8 Cầu dao tự động C10-Chint pha .47 4.9 Nút nhấn 47 4.10 Công tắc xoay 49 4.11 Đèn báo 50 4.12 Bộ nguồn 24VDC 50 4.13 Tủ điện 51 4.14 Rờ le trung gian .52 4.15 Máy bơm 53 4.16 Động giảm tốc 52rpm 53 4.17 Động giảm tốc DCM TG38 54 4.18 Một số thiết bị khác 55 CHƯƠNG 5: THI CÔNG HỆ THỐNG .57 5.1 Thi công phần cứng 57 5.1.1 Thi công băng tải .57 5.1.2 Thi công hệ thống ép đẩy xác 59 5.1.3 Thi công mâm xoay 59 5.1.4 Thi công cấp nắp 60 5.1.5 Thi công tủ điện 60 5.1.6 Hoàn thiện phần cứng 61 5.2 Lập trình PLC 63 5.2.1 Bảng địa PLC .63 5.2.2 Chương trình 63 5.2.3 Chương trình .65 5.2.3.1 Chương trình ép nước .65 5.2.3.2 Chương trình chiết rót .67 5.2.3.3 Hàm reset……………………………………………………………… 69 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC HIỆN .71 6.1 Kết đạt .71 6.2 Mô hình thực tế 71 6.3 Giao diện SCADA WINCC 72 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .73 7.1 Kết luận 73 7.2 Hạn chế .73 7.3 Hướng phát triển .73 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .74 10 Sau xác định vị trí, ta tiến hành khoan lắp đặt thiết bị rail nhôm Khoan lắp đặt hệ thống đèn nút nhấn nắp tủ Đi dây hệ thống điện sử dụng domino máng cáp để tủ đảm bảo tính thẩm mỹ Hình 5.10: Đấu dây tủ điện Hình 5.11: Đấu dây đèn nút nhấn 5.1.6 Hồn thiện phần cứng Mơ hình hồn chỉnh sau lắp ráp Phần : Cơ cấu ép dưa hấu Phần : Cơ cấu chiết rót, cấp nắp đóng nắp Phần : Tủ điện 62 Hình 5.12: Mơ hình ép Hình 5.13: Mơ hình chiết rót 63 Hình 5.14: Mơ hình ép chiết rót hồn thiện 5.2 Lập trình PLC 5.2.1 Bảng địa PLC Bảng 5.1: Bảng địa PLC 5.2.2 Chương trình 64 65 Hình 5.15: Chương trình hệ thống Bảng 5.2: Địa PLC chương trình Địa PLC Ý nghĩa M0.0 – “CHO_PHEP” Bit nhớ nội, tạo phép hệ thống hoạt động M0.3 Bit nhớ nội, khởi tạo để chương trình chiết rót hoạt động cảm biến phát có chai chạy qua I0.0 –“START” I0.1 –“STOP” Địa ngõ vào nút nhấn I0.3 – “CB phat hien chai” Địa ngõ cảm biến quang phát có chai chạy qua M0.6 –“ m_start” M0.1 –“ m_stop” Bit nhớ nội, tạo để liên kết điều khiển bên giao diện Wincc Khối FC Dùng để viết chương trình 66 5.2.3 Chương trình 5.2.3.1 Chương trình ép nước 67 Hình 5.16: Chương trình ép nước dưa hấu Bảng 5.3: Địa chương trình ép nước Địa PLC Ý nghĩa M0.2– “tag_3” Bit nhớ nội, tạo phép hệ ép Q0.2 – “xylanh ep” Q0.3 – “xylanh day” Địa ngõ solenoid sử dụng cho xylanh ép xylanh đẩy I0.2 – “CB ep” Địa ngõ cảm biến phát vật cản Q0.2 – “XILANH_1” Địa ngõ solenoid sử dụng cho xylanh1 Khối TON timer– “timer1” Khoảng thời gian ép đẩy xác dưa hấu , chu kì lần ép 13s 5.2.3.2 Chương trình chiết rót 68 69 Hình 5.17: Chương trình chiết rót Bảng 5.4: Địa PLC khâu chiết rót Địa PLC Ý nghĩa M0.5 – “tag_7” Bit nhớ nội, tạo để đóng ngắt bit M0.4 M0.4 – “tag_6” Bit nhớ nội, khởi tạo để kích xung cho động bước I0.4 – “CB chiet rot” Địa ngõ cảm biến phát chai phép motor bơm hoạt động Q9.2 – “may bom” Địa ngõ máy bơm, motor vặn nắp Q9.3 – “motor van nap” xylanh nâng hạ Q9.2 – “xylanh van nap” Khối TON timer – Sau khoảng thời gian 14s ngừng bơm vặn nắp “timer3” Khối TON timer – Sau khoảng thời gian 6s cho phép bơm vặn nắp “timer4” Khối TON counter “IEC-Counter-O-DB” – Đếm số lượng chai bơm nước 70 MC_Power_DB Cấp nguồn cho hàm MoveRelative_DB MoveRelative_DB Dùng để điều khiển xung cho động bước 5.2.3.3 Hàm reset Nhấn nút stop tất hệ thống ngừng hoạt động lại ban đầu Hình 5.18: Chương trình reset 71 72 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC HIỆN 6.1 Kết đạt Dây chuyền chiết rót đóng nắp chai sản phẩm ứng dụng thực tế sản xuất điều mà nhóm mong muốn thực Tuy nhiên với kiến thức nhiều hạn chế với điều kiện khách quan khác mà phạm vi đồ án nhóm, nhóm thi cơng mơ hình, mơ lại thực tế, dù nhóm tìm hiểu chế hoạt động , nguyên lý giống thực tế sản xuất Kết đạt được: - Hiểu biết PLC S7 1200 - Hiểu biết về động bước - Hiểu biết drive điều khiển động bước TB 6600 - Thi cơng mơ hình - Lập trình điều khiển hệ thống chạy tự động 6.2 Mơ hình thực tế Sau khoảng thời gian, nhóm chúng em thi cơng hồn thiện mơ hình thực tế với chi tiết thiết bị lắp đặt cách khoa học Trên băng tải cảm biến, xi lanh, mâm xoay Tủ điện với nút nhấn Start, Stop, power, đèn báo, công tắc khóa ngồi Mơ hình hoạt động ổn định, khơng xảy tình trạng hở khí ống dây bị trục trặc kỹ thuật khác trình vận hành 73 Hình 6.1: Hồn thiện mơ hình thực tế 6.3 Giao diện SCADA WINCC Màn hình điều khiển giám sát hệ thống win cc Hình 6.2: Mơ hình ép chiết rót SCADA CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1 Kết luận Với yêu cầu khắc khe suất chất lượng sản xuất nay, địi hỏi máy móc công nghệ phải liên tục thay đổi, cải tiến ngày Việc nghiên cứu phát triển hệ thông ép chiết rót đại hơn, suất hơn, phù hợp với mục đích sản xuất thực tế cần thiết Các nghiên cứu đề tài đáp ứng yêu cầu điều khiển quản lý Qua trình nghiên cứu thi cơng, mơ hình ép chiết rót nước dưa hấu hoàn thiện, đáp ứng đươc yêu cầu mục tiêu đặt ban đầu là: nhỏ gọn, thẩm mĩ, hoạt động ổn định, dễ thao tác sử dụng điều khiển, phần mềm điều khiển quản lý liệu hiệu 74 Tuy nhiên, mơ hình cịn đơn giản, động chưa hoạt động tối giản phát tiếng ồn đáng kể số khuyết điểm khác cần đươc cải thiện nâng cấp 7.2 Hạn chế Vì lý thời gian thực đề tài chi phí kiến thức cịn hạn hẹp nên chương trình khơng thể tráng khỏi thiếu sót nhât định.Bên cạnh hệ thống hoạt động với suất chưa cao chưa thể xác tuyệt đối 7.3 Hướng phát triển Với kiến thức, điều kiện kinh tế hạn hẹp nên đề tài dừng lại phạm vi mơ hình.Nếu có điều kiện chúng em nghiên cứu phát triển để mơ hình áp dụng vào thực tế Chúng em cấp để tăng suất làm việc máy, giảm thiểu tiếng ồn, hoạt động ổn định đại Hệ thống không sản xuất nước ép dưa hấu mà cải tiếng để áp dụng dây chuyền sản xuất bia, nước ép trái khác dưa hấu dây chuyền đóng gói thực phẩm 75 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Tấn Đời Tạ Văn Phương (2008) Bài giảng điều khiển lập trình 2, Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM [2] Nguyễn Tấn Đời (2007) Điều khiển lập trình 1, Trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM [3] SIMATIC S7-1200 Programmable controller [4] Trương Đình Châu Giáo trình SCADA, Trường đại học Bách Khoa TPHCM [5] Động bước [6] Drive điều khiển động bước < https://nshopvn.com/product/mach-dieu-khien-dongco-buoc-tb6600-4-0a-942vdc/ > [7] WinCC: Scripting (VBS, ANSI-C, VBA) System Manual [8] Link youtube < https://www.youtube.com/watch?v=A2RlGdlPjLM> 76 ... ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THI? ??T KẾ, THI CÔNG, ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG SẢN XUẤT NƯỚC ÉP DƯA HẤU ĐÓNG CHAI GVHD : TS.TRẦN VI ĐÔ DANH... thi cơng mơ hình hệ thống ép chiết rót đóng chai nước ép dưa hấu Hệ thống ép chiết rót đóng chai công đoạn quan trọng dây chuyền sản xuất nước ép đóng chai, giúp tăng độ hiệu xuất làm việc, tăng... lon, hay đóng bình…Cùng với cấu ép, cấu chấp hành khác tùy thuộc vào nhu cầu thực tế Cùng với thời đại công nghệ 4.0 hệ thống ép chiết rót đóng chai phục vụ cho hệ thống sản xuất nước đóng chai,