TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
Phạm vi áp dụng
Cơ sở sản xuất nước uống tinh khiết đóng chai hoặc nước khoáng, hoặc các loại nước uống không gaz khác
Chai nước sử dụng : Loại chai PET có dung tích từ250ml đến 2250ml
Yêu cầu thiết kế
- Nguồn nước tinh khiết : có chất lượng nước đạt chuẩn nước uống tinh khiết TCVN
Áp suất nước trong hệ thống được thiết kế với mức trung bình tối đa là 10kgf/cm2 Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, cần sử dụng công tác áp suất hoặc biến tần để điều chỉnh áp lực nước phù hợp trong suốt quá trình vận hành.
- Điện áp sử dụng:1 pha 220V, 50Hz hay 3 pha 380V, 50 Hz
- Dòng tải: tùy theo công suất bơm sửdụng và các thiết bị ngoại vi khác, thông thường không nhỏ hơn 5A.
Các biện pháp an toàn điện bao gồm hệ thống ELCB được thiết kế nhằm chống giật trên toàn bộ hệ thống, cùng với các thiết bị điện đạt tiêu chuẩn CE Ngoài ra, cần có nút tắt khẩn cấp để xử lý kịp thời khi có sự cố xảy ra.
- Khung sườn thiết bị: được thiết kếbằng thép không gỉ SS304 hoặc SS316, chịu được lực rung lớn.
Ống dẫn nước được chế tạo từ vật liệu PVC hoặc thép không gỉ 304, có khả năng chịu áp lực cao, đảm bảo an toàn vệ sinh cho hệ thống Sản phẩm này không chỉ ngăn ngừa sự hình thành cặn bã và gỉ sét mà còn hạn chế sự phát triển của nấm mốc vi sinh, mang lại hiệu quả sử dụng lâu dài và an toàn cho người tiêu dùng.
- Các thiết bị lọc nước: vật tư, thiết bị lọc nước đạt chuẩn NSF.
Hình 1.1 máy đóng chai PET 3 trong 1.
Các chức năng chính của hệ thống
- Hệ thống kết hợp 3 máy xúc rửa, chiết rót và đóng nắp thành 1 dây chuyền thống nhất
- Hệ thống tiêu chuẩn: hệ thống bao gổm 3 máy rời rạc: xúc rửa, chiết rót, đóng nắp, nối liền với nhau thành 1 hệ thống xuyên suốt.
Mạch điều khiển trung tâm PLC của Siemens đảm nhiệm việc điều khiển toàn bộ hệ thống xúc rửa, chiết rót và đóng nắp Bảng mạch hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống qua đèn LED màu xanh Khi xảy ra sự cố, hệ thống sẽ tự động ngắt điện và phát ra tín hiệu âm thanh bíp bíp Chương trình trong PLC này còn tích hợp nhiều chức năng vượt trội hơn so với hệ thống tiêu chuẩn.
- Khung sườn : được làm bằng thép không gỉ.
Động cơ xoay vòng ứng dụng công nghệ Đức giúp vận chuyển tự động các chai PET trên băng chuyền liên tục, đưa chúng vào hệ thống chiết rót và xúc rửa một cách hiệu quả.
- Ống dẫn nước: bằng Inox.
- 2 chế độ hoạt động auto / manual: giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt động của các chức năng.
Nguyên lý hoạt động
- Vỏ chai PET được đặt trên băng chuyền trước khi vào hệ thống xúc rửa chiết rót và đóng nắp (gọi tắt là RFC).
- Nguồn nước tinh khiết từ bồn chứa được nối vào hệ thống RFC.
Băng chuyền tự động vận chuyển chai PET vào hệ thống rửa, nơi các chai sẽ di chuyển theo vòng và được định vị chính xác dưới vòi nước Nước rửa được phun với áp lực mạnh, nhờ vào bơm tích hợp trong máy, giúp làm sạch hiệu quả các chai PET.
Sau khi rửa sạch, chai PET sẽ được chuyển đến vị trí chiết rót, nơi các cánh tay đòn giữ chặt cổ chai để ngăn ngừa đổ nước trong quá trình rót Các chai được xoay vòng liên tục trên băng chuyền chiết rót, trong khi máy bơm nước tự động chiết rót vào bình với thể tích có thể điều chỉnh theo nhu cầu.
Khi bình chứa nước đã đầy, nó sẽ được chuyển đến vị trí đóng nắp Nắp bình chứa sẽ được lấp đầy trong ống chứa và sau đó được đưa vào đầu chai PET.
- Các tay đòn sẽ siết nắp chặt
- Sau đó chai PET được chuyển trên băng tải ra ngoài.
- Bình chứa được tiếp tục chuyển đến máy bao màng co bằng (nếu có)
Hình 1.2 Dây chuyền sản xuất nước đóng chai.
Do giới hạn đề tài là mô phỏng trên máy tính, tôi sẽ tập trung nghiên cứu các thiết bị phần điện tự động Mô hình mô phỏng sẽ có những điểm khác biệt so với hệ thống thực tế nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình mô phỏng Cụ thể, dây chuyền mô phỏng sẽ bao gồm các khâu chính.
- Đưa sang dây chuyền đóng thùng sản phẩm.
Các công nghệ trên dây chuyền chiết, đóng nắp, đóng thùng
1.5.1 Kiểm tra khuyết tật chai Để kiểm tra được khuyết tật trên sản phẩm chai nhựa người ta thường dùng các hệ thống máy hiện đại , hiện nay có không ít các nhà cung cấp thiết bị để thực hiện quá trình này, theo kinh nghiệm và tìm hiểu thì em được biết hãng
PRESSCO TECHNOLOGY INC cung cấp sản phẩm INTELLISPEC mã CP500, giúp thực hiện kiểm tra, phân loại và loại bỏ các chai không đạt tiêu chuẩn chất lượng.
- Chai bị móp trong lúc sản xuất hay trong quá trình vận chuyển.
Dòng sản phẩm INTELLISPEC CP500 được trang bị hai camera bên trong, kết nối với hệ thống máy tính chuyên dụng do nhà cung cấp cung cấp Máy còn có bộ nguồn UPS hoạt động song song với nguồn điện, cho phép tiếp tục hoạt động trong một khoảng thời gian sau khi mất điện.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống là sử dụng camera để chụp và phân tích hình ảnh từng chai, sau đó gửi tín hiệu về máy tính để xử lý Phần mềm chuyên dụng được cài đặt với độ nhạy điều chỉnh phù hợp theo yêu cầu cụ thể.
Khoa ĐIỆN sản phẩm và loại (Reject) các sản phẩm không đạt yêu cầu Tốc độ chụp của camera có thể lên đến hàng nghìn chai một phút.
Hình 1.3 Các loại chai có thể nhận diện bằng máy CP500 và hình chụp của máy.
Hình 1.4 Máy kiểm tra khuyết tật
1.5.2 Chiết rót nước vào chai
Hiện nay, có nhiều công nghệ chiết rót nước vào chai, tùy thuộc vào loại chất lỏng như nước có gaz, nước không gaz và chất lỏng cô đặc Định lượng sản phẩm lỏng là quá trình chiết một thể tích nhất định và rót vào chai, bình, lọ, v.v Việc sử dụng máy định lượng sản phẩm lỏng ngày càng phổ biến trong ngành sản xuất thực phẩm, giúp cải thiện điều kiện vệ sinh, nâng cao năng suất và đảm bảo độ chính xác trong quá trình định lượng.
Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:
- Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ bình định mức trước khi rót vào chai.
Định lượng chất lỏng bằng cách chiết tới mức cố định được thực hiện bằng cách chiết đầy chai và sau đó loại bỏ một khối thể tích bù trừ Phương pháp này khiến mức lỏng trong chai giảm xuống một khoảng giống nhau, bất kể thể tích chai có giống nhau hay không Sử dụng ống thông hơi, chất lỏng sẽ dừng lại khi đạt tới miệng ống, tuy nhiên, độ chính xác của phương pháp này không cao và phụ thuộc vào độ đồng đều của các chai.
Định lượng chất lỏng bằng phương pháp chiết theo thời gian cho phép chất lỏng chảy vào chai trong khoảng thời gian cố định, với giả định thể tích chất lỏng chảy là không đổi Phương pháp này thường được áp dụng cho các sản phẩm có giá trị thấp, nơi không yêu cầu độ chính xác cao trong việc định lượng.
Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có:
Phương pháp rót áp suất thường sử dụng chênh lệch độ cao thủy tĩnh để cho phép chất lỏng tự chảy vào chai Với tốc độ chảy chậm, phương pháp này phù hợp nhất cho các chất lỏng có độ nhớt thấp.
Phương pháp rót chân không là kỹ thuật kết nối chai với hệ thống hút chân không, cho phép chất lỏng chảy vào chai nhờ vào sự chênh lệch áp suất giữa thùng chứa và áp suất bên trong chai Để đảm bảo lượng chất lỏng được rót vào đầy đủ, phương pháp này thường được kết hợp với kỹ thuật bù trừ hoặc chiết đầy chai.
Phương pháp rót đẳng áp được sử dụng cho các sản phẩm có gas như bia và nước ngọt, nhằm ngăn chặn sự thoát khí CO2 khỏi chất lỏng Trong quá trình rót, áp suất trong chai được duy trì cao hơn áp suất khí quyển Để thực hiện phương pháp này, khí CO2 được nạp vào chai cho đến khi áp suất trong chai đạt bằng áp suất trong bình chứa, sau đó sản phẩm sẽ được rót vào chai nhờ chênh lệch độ cao.
Máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng được thiết kế với nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu phục vụ cho một chai riêng biệt Các cơ cấu này có thể được sắp xếp theo hai cách: thẳng hàng để hoạt động đồng thời (máy chiết có cơ cấu chiết thẳng) hoặc trên bàn quay để làm việc tuần tự (máy chiết bàn quay).
Hình 1.5 Máy chiết bàn quay.
Máy đóng nắp chai là thiết bị quan trọng trong ngành sản xuất đồ uống, thực phẩm, mỹ phẩm và hóa chất công nghiệp Nó giúp đóng kín các loại chai thủy tinh và nhựa, đảm bảo niêm phong an toàn và ngăn chặn rò rỉ chất lỏng ra bên ngoài.
Nắp chai được dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn và xếp đúng chiều, sau đó chai nước được đưa vào vị trí dập nắp và cố định để hệ thống dập nắp hoạt động Sau khi hoàn tất quá trình dập nắp, chai sẽ được chuyển tới bộ phận vặn nắp để đảm bảo rằng tất cả các nắp được đóng kín.
Hình 1.6 Máy chiết rót và đóng nắp chai bàn xoay.
1.5.4 Cảm biến trong các dây chuyền chiết rót
Cảm biến vị trí được sử dụng ở từng khâu để xác định vị trí sản phẩm Khi phát hiện sản phẩm, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về bộ điều khiển để thực hiện lệnh điều khiển Để xác định vị trí và di chuyển sản phẩm, loại cảm biến quang điện là lựa chọn phù hợp.
Cảm biến quang điện bao gồm một nguồn phát quang và một bộ thu quang, trong đó nguồn phát sử dụng LED hoặc Laser để phát ra ánh sáng có thể nhìn thấy hoặc không tùy theo bước sóng Bộ thu quang sử dụng diode hoặc transistor quang, được sắp đặt sao cho vật cần nhận diện có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng Ánh sáng từ LED được hội tụ qua thấu kính và tác động đến transistor thu quang Khi có vật che chắn, chùm tia ánh sáng sẽ không tác động đến bộ thu Sóng dao động giúp bộ thu loại bỏ ảnh hưởng của ánh sáng xung quanh, trong khi ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần số dao động.
Khoa ĐIỆN pháp này sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa hơn và tiêu thụ ít công suất hơn.
CÁC THIẾT BỊ TRONG MÔ HÌNH
Hệ thống truyền động
2.1.1 Động cơ điện một chiều
Mô hình sử dụng truyền động băng chuyền dây đai, do đó không cần động cơ có công suất lớn, phù hợp với yêu cầu tải trọng nhẹ Băng chuyền này đáp ứng các yêu cầu đơn giản trong quá trình vận chuyển hàng hóa.
- Băng chuyền chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
- Không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng băng chuyền nhẹ.
- Dễ điều khiển, giá thành rẻ.
Động cơ điện một chiều có công suất nhỏ từ 20-30 W và điện áp 24 V là lựa chọn phổ biến trong công nghiệp và thiết bị cần điều chỉnh tốc độ liên tục Chúng thường được sử dụng với điện áp thấp cho các tải nhỏ trong dân dụng Trong môi trường công nghiệp, động cơ này đáp ứng yêu cầu moment mở máy lớn và khả năng điều chỉnh tốc độ mượt mà trong phạm vi rộng.
Hình 2.1 Một số loại động cơ trên thực tế. a) Cấu tạo động cơ điện một chiều
Hình 2.2 Cấu tạo động cơ điện một chiều.
1- Cổ góp điện 2- Chổi than 3- Rotor 4- Cực từ.
5- Cuộn cảm 6- Stator 7- Cuộn dây phần ứng.
Cấu tạo của động cơ điện một chiều (Hình 2.13):
Thông tin chi tiết về động cơ [1]
- Stator (phần tĩnh): Gồm lõi thép bằng thép đúc, vừa là mạch từ vừa là vỏ máy. Các cực từ chính có dây quấn kích từ.
Rotor là phần động của máy, bao gồm lõi thép và dây quấn phần ứng Lõi thép có hình trụ, được làm từ các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0.5 mm và được phủ sơn cách điện để ghép lại Mỗi phần tử dây quấn phần động chứa nhiều vòng dây, với hai đầu nối vào hai phiến góp, trong khi hai cạnh của dây quấn tác động vào hai rãnh dưới hai cực khác nhau.
- Cổ góp: gồm các phiến góp bằng đồng được ghép cách điện, có dạng hình trụ, gắn ở đầu trục rotor.
- Chổi than: làm bằng than graphit Các chổi tỳ chặt lên cổ góp nhờ lò xo và giá chổi điện gắn trên nắp máy.
Khoa ĐIỆN b) Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều
Khi điện áp một chiều được cung cấp cho hai chổi than, dòng điện sẽ chạy qua dây quấn phần ứng, tạo ra lực tác động lên các thanh dẫn trong từ trường, khiến rotor quay Chiều lực được xác định theo quy tắc bàn tay trái Khi phần ứng quay nửa vòng, các thanh dẫn sẽ đổi chỗ do phiến cổ góp thay đổi chiều dòng điện, giữ cho chiều lực tác động không đổi Trong quá trình quay, các thanh dẫn cắt qua từ trường, tạo ra sức điện động theo quy tắc bàn tay phải Ở động cơ một chiều, sức điện động này ngược chiều với dòng điện, vì vậy nó còn được gọi là sức phản điện động Động cơ điện một chiều có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau.
Tùy theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một chiều được chia thành:
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập có đặc điểm là dòng điện kích từ và từ thông không phụ thuộc vào dòng điện phần ứng Nguồn điện cho mạch kích từ được cung cấp riêng biệt, khác với nguồn điện cho mạch phần ứng.
Động cơ điện một chiều kích từ song song hoạt động với nguồn điện một chiều có công suất lớn, trong đó điện trở trong của nguồn gần như bằng không, dẫn đến điện áp nguồn ổn định và không phụ thuộc vào dòng điện trong phần ứng Loại động cơ này cũng được xem như là động cơ kích từ độc lập.
- Động cơ một chiều kích từ nối tiếp: dây quấn kích từ mắc nối tiếp với mạch phần ứng.
Động cơ một chiều kích từ hỗn hợp được cấu tạo bởi hai loại dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song và dây quấn kích từ nối tiếp, trong đó dây quấn kích từ song song đóng vai trò chủ yếu.
Khoa ĐIỆN d) Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều nổi bật về khả năng điều chỉnh tốc độ, vượt trội hơn so với các loại động cơ khác Nó cho phép thay đổi tốc độ một cách dễ dàng, với cấu trúc mạch lực và mạch điều khiển đơn giản Hơn nữa, động cơ này đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải tốc độ rộng.
Từ phương trình tính tốc độ:
Suy ra: để điều chỉnh có thể:
- Điều chỉnh Rư bằng cách thêm Rp vào mạch phần ứng.
- Điều chỉnh từ thông của phần ứng.
Điều chỉnh tốc độ bằng dùng thêm R p
Khi mắc nối tiếp Rp vào phần ứng, theo công thức tính tốc độ động cơ, ta thấy rằng Rư tăng lên dẫn đến tốc độ giảm, làm giảm độ dốc của đường đặc tính Các đường 1 và 2 biểu thị đường đặc tính sau khi Rư tăng, trong khi đường TN thể hiện đặc tính tự nhiên của động cơ ban đầu (Hình 2.14).
Phương pháp này có ưu điểm nổi bật với tính đơn giản và khả năng điều chỉnh liên tục, tuy nhiên, việc thêm Rp dẫn đến tổn hao tăng, gây ra vấn đề về tính kinh tế.
Điều chỉnh từ thông trong động cơ điện một chiều ảnh hưởng đến moment điện từ và sức điện động quay Khi từ thông giảm, tốc độ quay của động cơ sẽ tăng lên, nhưng điều này chỉ xảy ra trong một phạm vi nhất định Sự thay đổi từ thông cũng tác động đến moment và dòng điện I.
Khoa ĐIỆN thay đổi nên khó tính được chính xác dòng điều khiển và moment tải Do đó, phương pháp này cũng ít dùng.
Điều khiển điện áp phần ứng
Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều khiển tốc độ động cơ điện một chiều bằng điện áp:
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch phần ứng của động cơ.
- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ của động cơ.
Trong quá trình điều chỉnh tốc độ động cơ điện, phương pháp phổ biến là điều chỉnh điện áp phần ứng Việc thay đổi điện áp phần ứng sẽ dẫn đến sự biến đổi tốc độ của động cơ theo một phương trình nhất định.
Vì từ thông của động cơ luôn giữ nguyên, độ dốc của đặc tính cơ cũng không thay đổi Tốc độ không tải lý tưởng phụ thuộc vào giá trị điện áp điều khiển Uư của hệ thống, cho thấy rằng phương pháp điều khiển này rất hiệu quả Kết quả đặc tính khi điều khiển sẽ tạo ra một tập hợp các đường thẳng song song.
2.1.2 Băng chuyền a) Giới thiệu chung về băng chuyền
Băng chuyền là thiết bị phổ biến trong việc di chuyển vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và nghiêng Chúng được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, cũng như trong các xưởng luyện kim để chuyển tải quặng, than đá và xỉ lò Tại các trạm thủy điện, băng chuyền còn được dùng để vận chuyển nhiên liệu, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất.
Trong các kho bãi, việc vận chuyển hàng bưu kiện, vật liệu hạt và sản phẩm khác là rất quan trọng Các ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm và hóa chất thường sử dụng hệ thống vận chuyển để di chuyển sản phẩm hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn và phân xưởng Ngoài ra, hệ thống này cũng giúp loại bỏ các sản phẩm không còn sử dụng được.
Khoa ĐIỆN b) Ưu điểm của băng chuyền
GIỚI THIỆU VỀ PLC PLC – S7 1200 PHẦN MỀM LẬP TRÌNH PLC TIA – PORTAL
Khái quát chung về PLC
Thiết bị điều khiển khả trình (PLC) là một máy tính điều khiển chuyên dụng, cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic linh hoạt qua ngôn ngữ lập trình Ý tưởng về PLC được nhà phát minh Richard Morley đưa ra vào năm 1968, nhằm đáp ứng yêu cầu của General Motors về một thiết bị lập trình mềm dẻo thay thế cho mạch điều khiển logic cứng Công ty Allen Bradley và Bedford Associate (Modicon) đã trình bày thiết bị này lần đầu tiên Trước đây, PLC thường được gọi là Programmable Controller (PC), nhưng với sự phổ biến của máy tính cá nhân, từ viết tắt PLC đã được sử dụng để tránh nhầm lẫn.
3.1.2 Các loại PLC thông dụng
Bảng 3 1 Một số loại PLC thông dụng.
Dòng CPM1A, CPM2A, CPM2C Dòng
CQM1 Dòng CP1E Dòng CP1L Dòng CP1H Dòng CJ1/M
Dòng FX: FX1N, FX1S, FX2N, FX3G…
Dòng A PLC: A large CPU, QnAS CPU, AnS CPU Dòng Q PLC
Hãng Delta Dòng DVP – SA
Dòng DVP – SC Dòng DVP – SX Dòng DVP –
Các ngôn ngữ lập trình PLC được quy định trong chuẩn IEC 61131 – 3 bao gồm:
Ngôn ngữ lập trình cơ bản:
Instruction List (IL): dạng hợp ngữ.
Structured Text (ST): giống Pascal Các ngôn ngữ đồ họa:
Ladder Diagram (LD): giống mạch rơ le.
Function Block Diagram (FBD): giống mạch nguyên lý.
Sequential Function Charts (SFC): xuất xứ từ mạng Petri/Grafcet.
3.1.4 Cấu trúc và phương thức thực hiện chương trình PLC
Hình 3.1 Sơ đồ khối PLC
Bộ xử lý trung tâm (CPU): Bao gồm một hay nhiều bộ vi xử lý điều hành hoạt động của toàn hệ thống.
Các kênh truyền trong hệ thống máy tính bao gồm bus dữ liệu, bus địa chỉ, bus điều khiển và bus hệ thống Bus dữ liệu thường có kích thước 8 bit, truyền tải thông tin dưới dạng nhị phân với mỗi dây truyền 1 bit Bus địa chỉ, thường là 8 hoặc 16 bit, chịu trách nhiệm tải địa chỉ vị trí nhớ trong bộ nhớ Bus điều khiển truyền tín hiệu điều khiển từ CPU đến các bộ phận khác nhau, trong khi bus hệ thống đảm nhiệm việc trao đổi thông tin giữa các cổng nhập xuất và thiết bị ngoại vi.
Bộ nguồn: cung cấp nguồn một chiều (5V) ổn định cho CPU và các thành phần chức năng khác từ một nguồn xoay chiều (110, 220V…) hoặc nguồn một chiều (12, 24V…).
Các thành phần vào/ra đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối giữa CPU và các thiết bị ngoại vi như cảm biến và cơ cấu chấp hành Chúng có nhiệm vụ chuyển đổi và cách ly tín hiệu Đầu vào số (DI) được kết nối với các bộ chuyển đổi tạo ra tín hiệu nhị phân từ các nút ấn, công tắc, và cảm biến, với dải điện áp đầu vào từ 5 VDC đến 240 VAC Trong khi đó, đầu vào tương tự (AI) chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số, thường kết nối với các bộ chuyển đổi khác.
Khoa Điện tạo ra tín hiệu analog từ các cảm biến như cảm biến nhiệt độ và cảm biến lưu lượng, với các chuẩn tín hiệu thường gặp như 4 – 20mA, 0 – 5V, và 0 – 10V Đầu ra tương tự (AO) chuyển đổi tín hiệu số từ CPU thành tín hiệu tương tự, kết nối với các thiết bị điều khiển như biến tần và van điện từ Trong khi đó, đầu ra số (DO) kết nối với các thiết bị nhận tín hiệu nhị phân như đèn báo và cuộn hút Relay, bao gồm ba loại: Trans (1 chiều), Triac (xoay chiều) và Relay, với các dải điện áp 5 VDC.
24 VDC, 12 – 48VDC/VAC, 120 VAC, 230 VDC.
Phương thức thực hiện chương trình.
PLC hoạt động theo chu trình lặp, với mỗi chu trình được gọi là vòng quét (Scan) Mỗi vòng quét bắt đầu bằng việc chuyển dữ liệu từ các cổng vào số đến vùng bộ đệm ảo ngõ vào, sau đó là giai đoạn thực hiện chương trình.
Trong quá trình thực hiện chương trình, PLC thực hiện từng vòng quét từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc, sau đó chuyển nội dung của bộ đệm ảo ra các cổng số Mỗi vòng quét kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội bộ và kiểm tra lỗi Thời gian cần thiết để PLC hoàn thành một vòng quét được gọi là thời gian vòng quét, và thời gian này không cố định; nó có thể thay đổi tùy thuộc vào số lệnh và khối lượng dữ liệu cần truyền trong từng vòng quét.
Điều khiển các dây truyền đóng gói bao bì, tự động mạ tráng kẽm, sản xuất bia, sản xuất xi măng…
Hệ thống rửa ô tô tự động.
Điều khiển máy sấy, máy ép nhựa…
PLC – S7 1200
S7-1200 là một dòng PLC (bộ điều khiển logic khả trình) được thiết kế để kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Với thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và khả năng lập trình mạnh mẽ, S7-1200 mang đến giải pháp tối ưu cho các nhu cầu tự động hóa.
S7 – 1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào vào/ra (DI/DO).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển.
S7 – 1200 được trang bị cổng PROFINET, tương thích với chuẩn Ethernet và TCP/IP Bên cạnh đó, người dùng có thể sử dụng các module truyền thông mở rộng để kết nối qua RS485 hoặc RS232.
Phần mềm Step 7 Basic được sử dụng để lập trình cho S7-1200, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình: FBD, LAD và SCL Phần mềm này tích hợp trong TIA Portal của Siemens, mang lại sự tiện lợi cho người dùng trong quá trình lập trình.
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau PLC S7 – 1200 có các loại sau:
Load 1 Mbyte 1 Mbyte 4 Mbyte 4 Mbyte
Kiểu tương tự 2 inputs 2 inputs 2 inputs 2 inputs / 2 outputs
1024 bytes 1024 bytes Bit nhớ (M) 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes 4096 bytes Module mở rộng vào ra (SM) none 2 8 8
(BB) Board truyền thông (CB) 1 1 1 1
Bộ đếm tốc độ cao
3 at 80kHz SB: 2 at 20kHz
Card nhớ SIMATIC Memory Card (optional)
Lưu trữ thời gian đồng hồ thời gian thực Chuẩn là 20 ngày, nhỏ nhất là 12 ngày ở nhiệt độ 400C
(duy trì bằng tụ điện có điện dung lớn)
Ethernet Tốc độ thực thi phép
Tốc độ thực thi logic
PLC có 3 loại bộ nhớ sử dụng là Load memory, Work memory và Retentive Memory:
Load memory chứa bộ nhớ của chương trình khi down xuống.
Work memory là bộ nhớ lúc làm việc.
System memory thì có thể setup vùng này trong Hardware config, chỉ cần chứa các dữ liệu cần lưu vào đây.
Bảng 3 3 Phân vùng bộ nhớ.
Bộ nhớ CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Bảng 3 4 Tập lệnh xử lý bít.
Tiếp điểm thường hở sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ là n bằng 1.
Tiếp điểm thường đóng sẽ đóng khi giá trị của bit có địa chỉ n là 0.
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 1 và ngược lại.
Chỉ sử dụng một lệnh out cho 1 địa chỉ.
Giá trị của bit có địa chỉ là n sẽ bằng 1 khi đầu vào của lệnh này bằng 0 và ngược lại.
Chỉ sử dụng một lệnh out not cho 1 địa chỉ.
Giá trị của các bit có địa chỉ n sẽ được đặt thành 1 khi đầu vào lệnh là 1, trong khi nếu đầu vào lệnh là 0, bit này sẽ giữ nguyên trạng thái hiện tại.
Giá trị của các bit có địa chỉ n sẽ trở thành 0 khi lệnh nhận đầu vào là 1, trong khi khi đầu vào là 0, bit này sẽ duy trì trạng thái hiện tại.
Bảng 3 5 Tập lệnh Timer, Counter
Khi ngõ vào IN ngừng tác động, Timer sẽ tự động reset và dừng hoạt động Việc thay đổi PT trong quá trình Timer vận hành không ảnh hưởng đến chức năng của nó.
Khi tín hiệu ngõ vào CU chuyển từ 0 lên 1, giá trị bộ đếm CV sẽ tăng lên 1 Ngõ ra Q sẽ được kích hoạt khi giá trị CV lớn hơn hoặc bằng PV Nếu trạng thái R (Reset) được kích hoạt, bộ đếm CV sẽ trở về 0.
Bảng 3 6 Tập lệnh toán học.
Lệnh so sánh dùng để so sánh hai giá trị IN1 và IN2 bao gồm IN1= IN2, IN1>= IN2, IN1 IN2, IN1 IN2.
When comparing two similar data types, if the comparison condition is met, the output will indicate a high impact level of 1 = TRUE; otherwise, it will be the opposite The data types used for comparison include SInt, Int, Dint, USInt, UDInt, Real, Lreal, String, Time, DTL, and Constant.
Lệnh cộng ADD: OUT = IN1 + IN2 Lệnh trừ SUB : OUT = IN1
Tham số IN1, IN2 phải cùng kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal, Constant.
Tham số OUT có kiểu dữ liệu: Sint, Int, Dint, USInt, Uint, UDInt, Real, Lreal.
Tham số ENO có giá trị bằng 1 khi không có lỗi xảy ra trong quá trình thực thi, và giá trị bằng 0 khi có lỗi Một số lỗi có thể phát sinh trong quá trình thực hiện lệnh này.
Kết quả toán học nằm ngoài phạm vi của kiểu dữ liệu.
Real/Lreal: Nếu một trong những giá trị đầu vào là NaN sau đó được trả về NaN.
ADD Real/Lreal: Nếu cả hai giá trị IN là INF có dấu khác nhau, đây là một khai báo không hợp lệ và được trả về NaN
3.2.3.4 Di chuyển và chuyển đổi dữ liệu.
Bảng 3 7 Tập lệnh di chuyển
Lệnh Move di chuyển nội dung ngõ vào IN đến ngõ ra OUT mà không làm thay đổi giá trị ngõ IN.
EN: cho phép ngõ vào ENO: cho phép ngõ ra IN: nguồn giá trị đến.
Hình 3 2 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C AC/DC/Relay.
Hình 3 3 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/Relay.
Hình 3 4 Sơ đồ đấu dây CPU 1214C DC/DC/DC.
Phần mềm Tia – Portal v15
3.3.1 Giới thiệu SIMATIC STEP 7 Basic
Step 7 Basic hệ thống kỹ thuật đồng bộ đảm bảo hoạt động liên tục hoàn hảo. Thông minh và trực quan cấu hình phần cứng kỹ thuật và cấu hình mạng, lập trình, chuẩn đoán và nhiều hơn nữa Trực quan dễ dàng để tìm hiểu và dễ dàng để hoạt động.
3.3.2 Các bước tạo một project
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng TIA Portal V15
Hình 3 5 Biểu tượng phần mềm TIA - Portal V15.1.
Bước 2: Click chuột vào “Create new project” để tạo dự án.
Bước 3: Nhập tên dự án vào “Project name” sau đó nhấn “Create”.
Hình 3 7 Đặt tên cho dự án.
Bước 5: Chọn “add new device”.
Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn “add”.
Hình 3 10 Chọn loại CPU Bước 7: Project mới được hiện ra.
Hình 3 11 Một project mới được tạo ra.
THIẾT KẾ MẠCH LỰC, MẠCH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
Mạch điều khiển hệ thống
P: là áp suất khí nén.
Băng tải có chiều rộng 125 mm vì vậy chọn loại piston có hành trình 125 mm.
4.2 Mạch điều khiển hệ thống
4.2.1 Sơ đồ đấu nối PLC
Hình 4.4 Sơ đồ đấu nối PLC S71200
4.2.2 Bảng địa chỉ sơ đồ đấu dây
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
1 I_Mode I0.0 Bool Switch chế độ 1 auto, 0 manu
2 I_Start I0.1 Bool Nút nhấn chạy hệ thống
3 I_Stop I0.2 Bool Nút nhấn dừng hệ thống
4 I_BT1 I0.3 Bool Bật/Tắt băng tải chai vào (Băng tải 1)
5 I_BT2 I0.4 Bool Bật/Tắt băng tải chai ra (Băng tải 2)
6 I_Pump I0.5 Bool Bật/Tắt bơm định lượng
7 I_Motor_Rotation I0.6 Bool Bật/Tắt động cơ quay trục
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
8 I_Motor_Cover I0.7 Bool Bật/Tắt động cơ đóng nắp chai
9 I_Xylinder_Cover I1.0 Bool Nâng/hạ xi lanh đóng nắp chai
10 I_Xylinder_Push I1.1 Bool Đóng/mở xi lanh đẩy chai
11 I_Xylinder_Updown I1.2 Bool Nâng/hạ xi lanh gắp
12 I_Xylinder_Keep I1.3 Bool Đóng/mở xi lanh kẹp chai
13 I_Xylinder_Gate I1.4 Bool Đóng/mở xi lanh cửa trượt
14 I_CB_Chai_Vao I1.5 Bool Cảm biến phát hiện chai vào
15 I_CB_Water_Low I1.6 Bool Cảm biến mức nước thấp
16 I_CB_Position I1.7 Bool Cảm biến vị trí trục quay
17 I_CB_Push I2.0 Bool Cảm biến phát hiện chai trước pinton đẩy
18 I_CB_Updown I2.1 Bool Cảm biến báo cần nâng hạ đã nâng
19 I_CB_Gate I2.2 Bool Cảm biến báo cửa trượt đã đóng
20 I_CB_Thung I2.3 Bool Cảm biến phát hiện thùng sản phẩm
21 I_CB_Cover_Up I2.4 Bool Cảm biến báo cylinder pitton đã nâng
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
1 Q_lamp_Auto Q0.0 Bool Đèn chế độ auto
2 Q_lamp_Manu Q0.1 Bool Đèn chế độ manu
3 Q_Lamp_Running Q0.2 Bool Đèn báo hệ thống đang chạy
4 Q_Lamp_Stop Q0.3 Bool Đèn báo hệ thống đang dừng
5 Q_Lamp_Fault Q0.4 Bool Đèn báo lỗi hệ thống
6 Q_BT1 Q0.5 Bool Đầu ra băng tải chai vào (Băng tải 1)
7 Q_BT2 Q0.6 Bool Đầu ra băng tải chai ra (Băng tải 2)
8 Q_Pump Q0.7 Bool Đầu ra bơm định lượng
9 Q_Motor_Rotation Q1.0 Bool Đầu ra động cơ quay trục
10 Q_Motor_Cover Q1.1 Bool Đầu ra động cơ đóng nắp chai
11 Q_Xylinder_Cover Q1.2 Bool Đầu ra xi lanh đóng nắp chai
12 Q_Xylinder_Push Q1.3 Bool Đầu ra xi lanh đẩy chai
13 Q_Xylinder_Updown Q1.4 Bool Đầu ra xi lanh gắp
14 Q_Xylinder_Keep Q1.5 Bool Đầu ra xi lanh kẹp chai
15 Q_Xylinder_Gate Q1.6 Bool Đầu ra xi lanh cửa trượt
4.2.3 Tính chọn rơ le trung gian
Hình 4.3 Rơ le trung gian
Rơ le trung gian nhận tín hiệu điều khiển từ PLC để điều khiển các thiết bị có điện áp và dòng điện lớn hơn Điện áp điều khiển cuộn hút của rơ le trung gian được cung cấp trực tiếp từ đầu ra của PLC Do đó, cần lựa chọn rơ le trung gian với điện áp định mức là 24 VDC.
4.2.4 Mạch điều khiển xi lanh khí nén
Mạch điều khiển xi lanh khí nén bao gổm rơ le trung gian điều khiển bật tắt máy nén khí:
2 nút ấn thường mở ON/OFF thực hiện bật tắt máy nén khí.
THIẾT KẾ XÂY DỰNG PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT SCADA
Lập trình điều khiển PLC S71200
5.2 Lập trình điều khiển PLC S71200
5.2.1 Xác định đầu vào ra
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
1 I_Mode I0.0 Bool Switch chế độ 1 auto, 0 manu
2 I_Start I0.1 Bool Nút nhấn chạy hệ thống
3 I_Stop I0.2 Bool Nút nhấn dừng hệ thống
4 I_BT1 I0.3 Bool Bật/Tắt băng tải chai vào (Băng tải 1)
5 I_BT2 I0.4 Bool Bật/Tắt băng tải chai ra (Băng tải 2)
6 I_Pump I0.5 Bool Bật/Tắt bơm định lượng
7 I_Motor_Rotation I0.6 Bool Bật/Tắt động cơ quay trục
8 I_Motor_Cover I0.7 Bool Bật/Tắt động cơ đóng nắp chai
9 I_Xylinder_Cover I1.0 Bool Nâng/hạ xi lanh đóng nắp chai
10 I_Xylinder_Push I1.1 Bool Đóng/mở xi lanh đẩy chai
11 I_Xylinder_Updown I1.2 Bool Nâng/hạ xi lanh gắp
12 I_Xylinder_Keep I1.3 Bool Đóng/mở xi lanh kẹp chai
13 I_Xylinder_Gate I1.4 Bool Đóng/mở xi lanh cửa trượt
14 I_CB_Chai_Vao I1.5 Bool Cảm biến phát hiện chai vào
15 I_CB_Water_Low I1.6 Bool Cảm biến mức nước thấp
16 I_CB_Position I1.7 Bool Cảm biến vị trí trục quay
17 I_CB_Push I2.0 Bool Cảm biến phát hiện chai trước pinton đẩy
18 I_CB_Updown I2.1 Bool Cảm biến báo cần nâng hạ đã nâng
19 I_CB_Gate I2.2 Bool Cảm biến báo cửa trượt đã đóng
20 I_CB_Thung I2.3 Bool Cảm biến phát hiện thùng sản phẩm
21 I_CB_Cover_Up I2.4 Bool Cảm biến báo cylinder pitton đã nâng
TT Tên tag Địa chỉ Định dạng Giải thích
1 Q_lamp_Auto Q0.0 Bool Đèn chế độ auto
2 Q_lamp_Manu Q0.1 Bool Đèn chế độ manu
3 Q_Lamp_Running Q0.2 Bool Đèn báo hệ thống đang chạy
4 Q_Lamp_Stop Q0.3 Bool Đèn báo hệ thống đang dừng
5 Q_Lamp_Fault Q0.4 Bool Đèn báo lỗi hệ thống
6 Q_BT1 Q0.5 Bool Đầu ra băng tải chai vào (Băng tải 1)
7 Q_BT2 Q0.6 Bool Đầu ra băng tải chai ra (Băng tải 2)
8 Q_Pump Q0.7 Bool Đầu ra bơm định lượng
9 Q_Motor_Rotation Q1.0 Bool Đầu ra động cơ quay trục
10 Q_Motor_Cover Q1.1 Bool Đầu ra động cơ đóng nắp chai
11 Q_Xylinder_Cover Q1.2 Bool Đầu ra xi lanh đóng nắp chai
12 Q_Xylinder_Push Q1.3 Bool Đầu ra xi lanh đẩy chai
13 Q_Xylinder_Updown Q1.4 Bool Đầu ra xi lanh gắp
14 Q_Xylinder_Keep Q1.5 Bool Đầu ra xi lanh kẹp chai
15 Q_Xylinder_Gate Q1.6 Bool Đầu ra xi lanh cửa trượt
Sử dụng PLC S71200 CPU 1212C AC/DC/Rly
Hình 5.1 Cấu hình phần cứng PLC
(*) Chương trình sử dụng khối OB1 làm chương trình chính và các khối chương trình con dùng hàm chức năng FC.
Hàm chức năng FC là một khối logic với các biến In, Out, In/Out do chương trình cung cấp, cùng với biến Temp sử dụng nội bộ Tuy nhiên, không nhất thiết phải sử dụng tất cả các biến này Lưu ý rằng hàm FC không có bộ nhớ nội, dẫn đến việc dữ liệu sẽ bị mất.
Khoa ĐIỆN đi khi ra khỏi khối, cũng như không có khối dữ liệu Instance DB giống như khối hàm chức năng FB.
(2) Chương trình con chế độ tự động (FC2)
(3) Chương trình con chế độ bằng tay (FC1)
(4) Chương trình con đầu ra Output (FC3)
(5) Chương trình con mô phỏng (FC4)
Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Scada
7.2 Thiết kế giao diện điều khiển giám sát Scada
Hình 5.3 Kết nối PLC với Scada
Kết quả mô phỏng
7.2.2 Thiết kế giao diện Scada
7.3.1 Tải chương trình xuống PLC
Bước 1: Nhấn vào nút Simulation để chạy PLC SIM
Bước 2: Nhấn nút “Load” để tải chương trình PLC
Bước 3: Nhấn chọn “Start module” sau đó nhấn “Finish”
Bước 4: Vào khối chương trình nào đó muốn giám sát thực hiện nhấn biểu tượng đeo kính để online chương trình PLC
Bước 1: Vào màn hình thiết kế giao diện chính nhấn nút “RT”
Bước 2: Giám sát chương trình ở chế độ tự động
Bước 3: Giám sát chương trình ở chế độ bằng tay
