Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH CHIẾT RĨT VÀ ĐĨNG NẮP CHAI Sinh viên thực : LÊ MINH ĐỨC Lớp : 54K1 - KTĐK&TĐH Giảng viên hướng dẫn : ThS LÊ VĂN CHƯƠNG Nghệ An, 5-2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI Sinh viên thực : LÊ MINH ĐỨC Lớp : 54K1 - KTĐK&TĐH Giảng viên hướng dẫn : ThS LÊ VĂN CHƯƠNG Cán phản biện ThS HỒ SỸ PHƯƠNG : Nghệ An, 5-2018 LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo chuyên ngành Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa, viện Kỹ thuật Cơng nghệ người tận tình giảng dạy cho em kiến thức quý báu để em có hành trang kiến thức bước vào đời Đặc biệt em xin cảm ơn tới thầy giáo Th.S Lê Văn Chương người tận tình trực tiếp hướng dẫn em trình hồn thiện đồ án tốt nghiệp Em xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè nguồn động viên giúp đỡ em suốt trình học tập thực đồ án Do nhiều hạn chế kiến thức thời gian nên nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý quý thầy cô bạn bè để em hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn.! Người thực Lê Minh Đức TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án “Thiết kế, chế tạo mơ hình chiết rót đóng nắp chai ” nhằm đáp ứng nhu cầu công nghiệp sản xuất nước giải khát, đồ uống Mơ hình sản xuất hệ thống xây dựng đơn giản, giá thành hạ, hoạt động ổn định có nhiều ứng dụng thực tế SUMMARY OF THE COURT Project "Designing, manufacturing bottling and capping model" to meet the needs of the beverage industry, beverages Production model of the system is simple, low cost, stable operation and many applications in reality MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC BẢNG DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP SẢN PHẨM 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Yêu cầu hệ thống 1.3 Các hệ thống chiết rót đóng nắp sản phẩm 1.4 Các công nghệ dây chuyền chiết rót đóng nắp .8 1.4.1 Kiểm tra khuyết tật chai 1.4.2 Chiết nước vào chai 1.4.3 Đóng nắp chai 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300 VÀ WINCC .13 2.1 Giới thiệu chung 13 2.1.1 Các modul PLC S7-300 14 2.1.1.1 Modul CPU 14 2.1.1.2 Modul mở rộng 15 2.1.2 Các Tín hiệu kết nối với PLC 17 2.2 Ngôn ngữ lập trình .18 2.3 Tập Lệnh S7-300 19 2.3.1 Lệnh timer 19 2.3.2 Bộ đếm Counter 21 2.3.3 Lệnh so sánh 23 2.3.4 Các lệnh số học 23 2.3.5 Lệnh di chuyển 24 2.3.6 Lệnh dịch bit 24 2.4 Giới thiệu WINCC 24 CHƯƠNG THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH CHIẾT RĨT VÀ ĐÓNG NẮP SẢN PHẨM SỬ DỤNG PLC S7-300 .30 3.1 Phân tích yêu cầu thiết kế 30 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 31 3.3 Thiết kế sơ đồ nguyên lý 32 3.3.1 PLC S7-300 .32 3.3.2 Động chiều có giảm tốc 33 3.3.3 Bơm mini chiều 35 3.3.4 Cảm biến tiệm cận 36 3.3.5 Van điện từ 38 3.3.6 Xi lanh khí nén .39 3.3.7 Relay trung gian 41 3.3.8 Nút nhấn 42 3.4 Lập trình phần mềm PLC WinCC 43 3.4.1 Lưu đồ thuật toán 43 3.4.2 Phân công vào lập bảng đồ tài nguyên 44 3.4.3 Thiết kế mô WinCC 51 3.5 Chế tạo thử nghiệm .55 KẾT LUẬN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH 60 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống chiết rót đóng nắp chai CRA-4 Hình 1.2 Hệ thống chiết rót chân khơng CRAV 10/16 .5 Hình 1.3 Hệ thống chiết rót, đóng nắp sữa Hình 1.4 Hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động .7 Hình 1.5 Máy kiểm tra khuyết tật chai Hình 1.6 Máy chiết bàn quay Hình 1.7 Máy chiết rót đóng nắp kiểu bàn xoay 11 Hình 1.8 Cảm biến phản quang 11 Hình 2.1 Cấu hình trạm PLC S7-300 14 Hình 2.2 Một số CPU PLC S7-300 15 Hình 2.3 Các loại modul mở rộng S7-300 17 Hình 2.4 Cấu trúc điều khiển PLC 18 Hình 2.5 Giao diện phần mềm wincc 26 Hình 2.6 Bộ soạn thảo wincc 27 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 32 Hình 3.2 Hình ảnh thực tế PLC S7-300 32 Hình 3.3 Bộ bánh động giảm tốc 34 Hình 3.4 Động chiều có giảm tốc 34 Hình 3.5 Bơm chiều mini 35 Hình 3.6 Cấu tạo cảm biến tiệm cận 36 Hình 3.7 Nguyên lý hoạt động cảm biến tiệm cận .37 Hình 3.8 Hình ảnh thực tế cảm biến 37 Hình 3.9 Van điện từ 38 Hình3.10 Sơ đồ nguyên lý van điện từ khí nén 39 Hình 3.11 Xi lanh khí nén 40 Hình 3.12 Nguyên lý làm việc xy lanh khí nén 40 Hình 3.13 Relay trung gian .41 Hình3.14 Sơ đồ nguyên lý rơle trung gian 42 Hình 3.15 Nút nhấn 42 Hình 3.16 Lưu đồ thuật tốn chiết đóng nắp rút gọn 43 Hình 3.17 Giao diện đặt tên chương trình 44 Hình 3.18 Giao diện chọn cấu hình kết nối .45 Hình 3.19 Giao diện chọn modun cấu hình phần cứng .45 Hình 3.20 Giao diện chọn ngơn ngữ lập trình 46 Hình 3.21 Giao diện viết chương trình cho PLC 46 Hình 3.22 Giao diện PLC-SIM 47 Hình 3.23 Chương trình điều khiển hệ thống PLC S7-300 51 Hình 3.24 Nơi khai báo biến tag ngoại kết nối với PLC 51 Hình 3.25 Nơi khai báo biến tag nội WinCC 52 Hình 3.26 Thiết kế giao diện WinCC 52 Hình 3.27 Nút nhấn dùng để điều khiển 52 Hình 3.28 Giao diện chương trình chiết rót đóng nắp 53 Hình 3.29 Nơi viết chương trình để mơ chuyển động 54 Hình 3.30 Mặt sau mơ hình 55 Hình 3.31 Mặt trước mơ hình .56 DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống CRA-4 .4 Bảng 1.2 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống CRAV 10/16 Bảng 3.1 Bảng đồ tài nguyên 44 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT PVC Polyvinyl chloride Vật liệu dẻo tổng hợp ELCB Earth Leakage Circuit Breaker Thiết bị điện hỗ trợ CE Conformité Européenne Tuân thủ châu Âu PLC Programmable Controller Điều khiển lập trình UPS Uninterruptible Power Supply Cung cấp điện liên tục PID Proportional Integral Derivative Đạo hàm tích phân tỷ lệ STL Statement List Danh sách báo cáo SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Điều khiển giám sát thu thập liệu HMI Human Machine Interface Giao diện người máy WinCC Windows Control Center Trung tâm điều khiển Tắt cửa sổ HW Config, mở khối OB1 bảng thơng tin (hình 3.20) mục Created in Languege chọn LAD để lập trình dang Ladder>ok Hình 3.20 Giao diện chọn ngơn ngữ lập trình Cửa sổ LAD/STL/FBD mở ra, nơi viết chương trình cho PLC Hình 3.21 Giao diện viết chương trình cho PLC 46 Sau viết chương trình ta download vào PLC-SIM để chạy thử Mở PLCSIM cách click vào biếu tượng hình Simatic S7 manager Hình 3.22 Giao diện PLC-SIM Lưu ý PLC-SIM có chế độ tương ứng CPU thật + Chế độ RUN-P: kích hoạt chế độ ta chỉnh sửa hay download chương trình mà khơng phải STOP + Chế độ “RUN” “STOP” tương ứng chạy dừng thơng thường + Nút “MRES” dùng để xóa nhớ PLC-SIM, nút không hoạt động chế độ “RUN” Sau viết kiểm tra chương trình ta có chương trình hồn chỉnh dạng Ladder Chương trình điều khiển PLC S7-300: 47 48 49 50 Hình 3.23 Chương trình điều khiển hệ thống PLC S7-300 3.4.3 Thiết kế mơ WinCC Hình 3.24 Nơi khai báo biến tag ngoại kết nối với PLC 51 Hình 3.25 Nơi khai báo biến tag nội WinCC Hình 3.26 Thiết kế giao diện WinCC Hình 3.27 Nút nhấn dùng để điều khiển 52 Hình 3.28 Giao diện chương trình chiết rót đóng nắp ❖ Chương trình chuyển động băng tải 53 ❖ Chương trình chuyển động chai ❖ Chương trình chuyển động nắp chai Hình 3.29 Nơi viết chương trình để mơ chuyển động 54 3.5 Chế tạo thử nghiệm - Ưu điểm chế tạo thử nghiệm • Chế tạo mơ hình dây chuyền nhiều vật liệu khác • Giá thành chế tạo dây chuyền tương đối rẻ • Dụng cụ thực hành thử nghiệm cho mơ hình đầy đủ • Được hướng dẫn nhiệt tình từ giáo viên hướng dẫn • Tài liệu thảm khảo đầy đủ • Phần khí mơ hình tương đối đẹp - Nhược điểm: • Trong q trình chế tạo cịn vướng nhiều khó khăn, vấn đề phát sinh • Mơ hình chưa thực đáp ứng với nhu cầu thực tế, tốc độ sản xuất, suất hiệu mơ hình đem lại • Do kinh nghiệm cịn hạn chế nên có nhiều sai sót lúc chế tạo mơ hình khó tránh khỏi ❖ Mơ hình sau hồn thành Hình 3.30 Mặt sau mơ hình 55 Hình 3.31 Mặt trước mơ hình 56 KẾT LUẬN Sau hoàn thành đồ án em học hỏi thêm nhiều kiến thức có ích cho cơng việc sau này, đề tài tốt nghiệp có tính ứng dụng thực tế cao, sau kết thân em đạt được: - Tìm hiểu làm quen với dây chuyền sản xuất tự động với thiết bị điện đại PLC, Sensor, hình cảm ứng cơng nghiệp, biến tần… - Nghiên cứu sử dụng chương trình Simatic Step7 việc viết chương trình điều khiển đáp ứng yêu cầu hệ thống máy - Dựa vào hệ thống thực tế để tạo giao diện mô phần mềm WinCC v7.2 máy tính Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật - Phát triển kỹ tư sáng tạo, khả học hỏi giải vấn đề - Khai thác sức mạnh cơng nghệ thơng tin việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu - Trong q trình hoạt động mơ hình cịn chưa có độ xác ổn định tuyệt đối - Các khâu mơ hình cịn thiếu chưa sát với thực tế - Do thời gian kiến thức có hạn nên cịn nhiều chức phần mềm S7 WinCC chưa khai thác Em hy vọng lớp khóa sau có hội làm đề tài đề tài tương tự mở rộng đề tài với số gợi ý sau: - Được tham quan, tìm hiểu kỹ cơng nghệ sản xuất nhà máy xí nghiệp với dây chuyền chiết rót, dập nắp, phân loại đóng thùng sản phẩm nhà máy xí nghiệp như: dây chuyền sản xuất nước giải khát công ty pepsi, Cocacola, dây chuyền sản xuất nước mắm tập đồn Masan, dây chuyền rót nước khống lavie Nestle… đề tài có tính thực tiễn sát với yêu cầu thực tế - Khai thác thêm tính ưu việt phần mềm S7 WinCC việc thiết kế mô thực tế 57 - Nghiên cứu, tìm hiểu thêm số phần mềm PLC mô khác PCS7 Siemens, Logix Factory Talk Allen Bradlry… 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu tiếng Việt Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Tự học S7&WINCC hình ảnh, Nhà xuất Hồng Đức, Hồ Chí Minh (2012) Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Tự động hóa cơng nghiệp với S7 Protool, Nhà xuất Hồng Đức, Hồ Chí Minh (2008) Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Tự động hóa cơng nghiệp với WINCC, Nhà xuất Giao thơng, Hồ Chí Minh (2007) Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Lập trình giao diện người máy (HMI) với S7 WINCC, Hồ Chí Minh (2008) Lê Bích Ngọc, Trần Thu Hà, Phạm Quang Huy, Điều khiển giám sát với S7-200,S7-300,PC ACCESS WINCC, Nhà xuất Đại học quốc gia, Hà Nội (2011) Lê Bích Ngọc, Phạm Quang Huy, SCADA-Truyền thông công nghiệp, Nhà xuất Dân trí, Hà Nội (2011) B Internet http//www.automation.siemens.com truy nhập cuối ngày 10/5/20018 http://luanvan.net.vn/luan-van/do-an-thiet-ke-dieu-khien-giam-sat-cho-he- thong-rot-dong-nap-chai-va-dong-thung-nuoc-giai-khat-su-dung-simatic-s7-300-va64048/ truy nhập cuối ngày 10/5/2018 http//www.plcvietnam.com.vn truy nhập cuối ngày 10/5/2018 59 BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH Động servo Servo motor Lớn Max Màn hình cảm ứng Touch screen Công nghệ Pressco Pressco Technology Inc Cung cấp lượng Power supply Mơ-đun tín hiệu Signal module Sơ đồ khối chức Function Block Diagram Người thiết kế đồ họa Graphics Designer Cảm biến tiệm cận Proximity Sensors 60 ... Hệ thống chiết rót đóng nắp chai CRA-4 Hình 1.2 Hệ thống chiết rót chân khơng CRAV 10/16 .5 Hình 1.3 Hệ thống chiết rót, đóng nắp sữa Hình 1.4 Hệ thống chiết rót đóng nắp chai. .. 20% to 90% Hệ thống chiết rót, đóng nắp sữa Hình 1.3 Hệ thống chiết rót, đóng nắp sữa - Các chức hệ thống: + Hệ thống kết hợp máy xúc rửa, chiết rót đóng nắp thành dây chuyền thống + Hệ thống tiêu... vận chuyển chai rỗng từ nơi cấp chai đến hệ thống chiết rót đóng nắp + Băng tải 2: vận chuyển nắp vào hệ thống để chai lấy nắp + Băng tải 3: vận chuyển chai hồn thành chiết rót đóng nắp đến công