Hình 5.2: Mạch điều khiển Hoạt động:
- I0.0 là đầu vào của nút start, Khi ấn Start thì tín hiệu vào PLC để điều khiển các ngõ ra của Q0.0 (van 1), Q0.1 (van 2), Q0.2 (van3), Q0.3 (vanCR), Q0.4 (TRON), Q0.5 (BTAI), Q0.6 (STR), đồng thời ngõ ra Q0.6 (STR) xuất ra đèn START sáng.
- Khi nhấn stop tín hiệu vào ngõ I0.1 lúc này PLC dừng toàn bộ toàn hoạt động ở ngõ ra của Q0.0 (van 1), Q0.1 (van 2), Q0.2 (van3), Q0.3 (vanCR), Q0.4 (TRON), Q0.5 (BTAI), Q0.6 (STR), đồng thời ngõ ra Q0.7 (STOP) xuất ra đèn STOP sáng.
- Nhấn Reset tín hiệu vào ngõ I0.2 PLC reset toàn bộ chương trình.
- Khi tiếp điểm thường mở của CBTC đóng khi có chai đi qua tín hiệu vào ngõ I0.3 PLC điều khiển băng tải dừng lại để chiếc rót.
- Khi tiếp điểm thường mở của CBHN khi bồn hết nước tín hiệu vào ngõ I0.4 PLC điều khiển ngõ ra Q1.0 (HBON) xuất ra đèn bào hết bồn.
- CBLL1, CBLL2, CBLL3, CBLL4 là tín hiệu ngõ vào lần lượt I0.5, I0.6, I0.7, I1.0 sẽ đóng ngắt các van điện từ ở ngõ ra của Q0.0 (van 1), Q0.1 (van 2), Q0.2 (van3), Q0.3 (vanCR) theo xung của PLC lập trình sẵn.
- CBSL là tín hiệu ngõ vào của I1.1 khi có vật đi qua tiếp điểm thường mở sẽ chuyển thành tiếp điểm thường đóng đồng thời đếm lên 1 xung trong PLC từ đó suy ra số lượng chai chiết rót.
- Khi xuất tín hiệu ở ngõ ra Q0.4 thì dòng điện đi vào rơ le TRON lúc này tiếp điểm thường mở của TRON và DT sẽ đóng điều khiển động cơ trộn hoạt động và đèn báo động cơ trộn sáng.
- Khi xuất tín hiệu ở ngõ ra Q0.5 thì dòng điện đi vào rơ le BTAI lúc này tiếp điểm thường mở của BTAI và DBT sẽ đóng điều khiển động cơ băng tải hoạt động chạy và đèn báo động cơ băng tải sáng.
- Khi xoay nút ESTOP tiếp điểm thường đóng của nút ESTOP chuyển thành tiếp thường mở ngắt toàn bộ mạch ra khỏi nguồn.
Bảng chú thích các từ viết tắt trong mạch:
Từ viết tắt Ý nghĩa
START Nút nhấn bắt đầu
STOP Nút nhấn dừng
CBTC Cảm biến chai
CBHN Cảm biến hết bồn
CBLL1 Cảm biến lưu lượng 1
CBLL2 Cảm biến lưu lượng 2
CBLL3 Cảm biến lưu lượng 3
CBLL4 Cảm biến lưu lượng chiếc rót
CBSL Cảm biến số lượng chai
VAN1 Van điện từ 1
VAN2 Van điện từ 2
VAN3 Van điện từ 3
VANCR Van điện từ chiết rót
DT Đèn báo động cơ trộn hoạt động
DBT Đèn báo động cơ băng tải hoạt động
STR Đèn báo bắt đầu
HBON Đèn báo hết bồn
CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 1. Yêu cầu thiết kế chương trình.
Trong phần thiết kế chương trình đề tài cần phải thực hiện được những việc sau:
Xây dựng lưu đồ giải thuật.
Viết chương trình điều khiển mô hình bằng phần mềm STEP7 MICRO WIN.
2. Hệ thống ngõ vào ra (I/O PLC).
Sau đây là thống kê tài nguyên các hệ thống ngõ vào ra trong PLC và các thiết bị
Các ngõ vào ra được kí hiệu đánh số để dễ dàng phân biệt. Mỗi thiết bị trong mô hình được liên kết với PLC thông qua các ngõ vào ra của PLC.
STT I/O Miêu tả
1 I0.0 Nút nhấn START(khởi động hệ thống).
2 I0.1 Nút nhấn STOP(dừng hệ thống).
3 I0.2 Nút nhấn RESET
4 I0.3 CBTC (cảm biến chai)
5 I0.4 CB_het_nuoc (cảm biến hết bồn)
6 I0.5 CBLL_van1 (cảm biến lưu lượng van 1)
8 I0.7 CBLL_van1 (cảm biến lưu lượng van 3) 9 I1.0 CBLL_van1 (cảm biến lưu lượng van chiết rót)
10 I1.1 CB_so_luon (cảm biến số lượng)
11 Q0.0 Van 1
12 Q0.1 Van 2
13 Q0.2 Van 3
14 Q0.3 Van 4 (van chiết rót)
15 Q0.4 DC_tron (động cơ trộn)
16 Q0.5 DC_btai (động cơ băng tải)
17 Q0.6 Den_start (đèn bắt đầu)
18 Q0.7 Den_stop (đèn dừng)
19 Q1.0 Den_hetbon (đèn báo hết bồn)
Bảng 3. 1: Bảng hệ thống ngõ vào ra đƣợc sử dụng 3. Nguyên lí hoạt động của dây chuyền.
Hệ thống gồm 2 giai đoạn chính.
3.1 Giai đoạn trộn nhiên liệu.
Chương trình PLC điều khiển van điện tử để điều tiết lượng nước từ 3 bồn nguyên liệu đưa vào bồn trộn theo tỉ lệ được cài đặt trước.
Khi nhấn START hệ thống bắt đầu hoạt động.
Trong quá trình xả nhiên liệu vào bồn trộn hệ thống phần mềm SCADA sẽ giám sát và đưa ra cảnh báo khi cần thiết, các thông số của bồn trộn sẽ hiển thị lên màn hình máy tính để người vận hành dễ dàng quan sát.
Việc thay đổi giá trị cài đặt lượng nguyên liệu sẽ được thực hiện trực tiếp trên màn hình máy tính thông qua phần mềm WinCC. Ban đầu khi nhấn Nút START hệ thống sẽ thu tín hiệu từ cảm biến phao về PLC để biết được dung tích nước có sẵn trong bồn trộn. Khi hệ thống báo về với dung lượng cụ thể thì Phần mềm sẽ phân tích và đưa ra các phương án sau:
Nếu lượng nước trong bồn 4 (bồn trộn) không còn thì hệ thống mở van 1(bồn 1) để mở nước vào bồn trộn. Khi cảm biến lưu lượng đưa ra tín hiệu lượng nước ở bồn 1 đã đạt đến tỉ lệ cài đặt sẵn thì hệ thống sẽ tắt van 1 và khởi động van 2. Van 2 (bồn 2) được xả vào đúng tỉ lệ được chọn hệ thống tắt Van 2 và khởi động Van 3. Khi Van 3(bồn 3) được xả vào bồn theo đúng tỉ lệ được chọn thì tắt Van 3, động cơ trộn hoạt động và tiến hành trộn đều nguyên liệu.
Sau khi nguyên liệu đã được trộn đều thì chuyển sang giai đoạn chiết rót.
Trong quá trình chiết rót nước vào chai nếu tỉ lệ nước trong bồn trộn báo về mức không còn nguyên liệu trong bồn trộn thì hệ thống tự động dừng tất cả hoạt động chiết rót và tiến hành xả nhiên liệu vào bồn trộn. Sau khi quá trình trộn hoàn tất thì hệ thống tiếp tục hoạt động bình thường. Và người điều khiển có thể tự thiết lập bồn trộn lặp lại bao nhiêu lần
3.2 Giai đoạn chiết rót.
PLC sẽ điều khiển hệ thống băng tải tuần tự.
Khi quá trình trộn diễn ra hoàn tất sẽ chuyển sang giai đoạn chiết rót. Băng tải hoạt động đưa chai di chuyển theo khi chai gặp cảm biến) băng tải dừng, Van chiếc
rót mở bơm nước vào chai.
Khi nước trong chai được bơm đến giá trị đặt sẵn của cảm biến lưu lượng chiếc rót thì Van 4 ngừng bơm nước vào chai và băng tải tiếp tục hoạt động đưa chai qua cảm biến số lượng để đếm số lượng chai đã chiếc rót và sau đó tiếp túc lặp lại đến khi hết bồn.
4. Lưu đồ giải thuật.
Hình 6.1: Lưu đồ giải thuật.
Thuyết minh lưu đồ giải thuật:
- Hệ thông bắt đầu làm việc
- Van 1 mở, nước chạy qua cảm biến lưu lượng nước (C0) cho đến khi đủ lượng nước thiết lập trước cho (C0) thì van 1 ngắt.
lượng nước thiết lập trước cho (C1) thì van 2 ngắt.
- Van 3 mở, nước chạy qua cảm biến lưu lượng nước (C2) cho đến khi đủ nước thiết lập trước cho (C2) thì van 3 ngắt.
- Sau khi van 3 bơm đủ nguyên liệu vào bồn trộn thì động cơ trộn sẽ hoạt động trong 15s để trộn đều nguyên liệu.
- Sau 15s động cơ trộn ngừng, băng tải sẽ đưa chai rỗng di chuyển cho đến khi chạm cảm biến tiệm cận báo chai đã đến đúng vị trí chiếc rót thì dừng.
- Sau khi chai rỗng đưa đến đúng vị trí chiết rót thì van 4 (van bồn trộn) mở để chiếc nước thành phẩm từ bồn trộn vào chai cho đến khi cảm biến (C3) báo đủ lượng nước thiết lập từ trước cho (C3).
- Sau khi cảm biến (C3) báo đủ lượng nước chiết rót cho chai thì hệ thống lặp lại quá trình băng tải đưa chai vào vị trí chiếc rót và chiết rót cho đến khi cảm biến báo bồn hết nước thì hệ thống sẽ quay lại giai đoạn đầu bơm nguyên liệu từ ba bồn vào bồn trộn và động cơ trộn tiếp tục trộn nguyên liệu sau đó tiếp tục chiết rót khi cảm biến tiệm cận báo chai đã ở trong vị trí chiết rót.
ST Van 1 Van 2 Van 3 Van 4 Động
băng tải Động cơ trộn 1 1 0 0 0 0 0 2 0 1 0 0 0 0 3 0 0 1 0 0 0
4 0 0 0 0 0 1
5 0 0 0 0 1 0
6 0 0 0 1 0 0
7 0 0 0 0 0 0
Bảng 3.2: Bảng trạng thái Công thức tính lưu lượng chiếc rót thông qua xung:
Tần số tín hiệu đầu ra: F=7.5xQ ( L/Phút) Trong đó:
Q: là lưu lượng nước
F: là tần số tín hiệu đầu ra (Hz) 7.5: Hằng số
CHƯƠNG 7:
KẾT QUẢ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 1. Mô hình điều khiển trộn và chiết rót nguyên liệu.
Mô tả mô hình:
- Phần đầu gồm 3 bồn đựng nguyên liệu được gắn thứ tự 3 van điện tử và 3 cảm biến lưu lượng, ống nhựa.
- Phần giữa gồm bồn lớn được dùng làm bồn trộn được gắn trên nắp 3 ống nhựa xả từ bồn nguyên liệu, trong bồn trộn được gắn động cơ trộn và cánh quạt trộn, cảm biến công tắc phao báo hết bồn, ở dưới bồn trộn được gắn 1 van điện từ và 1 cảm biến lưu lượng.
- Phần cuối là băng tải được gắn 1 cảm biến chai và 1 cảm biến đếm số chai đã chiếc rót
- Phần tủ điện được gắn bên cạnh mô hình.
2. Điều khiển và giám sát trên WINCC
Hình 7. 2: Màn hình giám sát WINCC
Chú thích:
1. Nút bắt đầu 2. Nút dừng lại
3. Nút reset 4. Đèn bắt đầu (xanh) 5. Đèn dừng lại (đỏ) 6. Đèn báo hết bồn (vàng) 7. Bồn nước 8. Bồn siro 9. Bồn hương liệu 10. Bồn trộn 11. Động cơ trộn 12. Cảm biến chai 13. Băng tải
14. Hiển thị số chai đã chiếc rót 15. Nhập số ml bồn 1
16. Nhập số ml bồn 2 17. Nhập số ml bồn 3
18. Nhập số mẻ cần chiếc rót Mô tả vận hành:
- Nhấn Start đèn xanh sáng van 1 xả, tiếp theo van 2 và cuối cùng van 3. Động cơ trộn bắt đầu trộn.
- Băng tải hoạt động đưa chai vào cảm biến tiệm cận để chiếc rót. - Khi hết bồn thì cảm biến hết bồn sẽ báo hết bồn đèn vàng sáng. - Nhấn Stop hệ thống dừng đồng thời đèn đỏ sáng.
- Nhấn Reset để đặt lại hệ thống.
- Khi chai qua cảm biến số lượng chai thì màn hình sẽ hiển thị số chai đã chiếc rót.
- Nhập số ml muốn chiếc rót vào các ô được thết lập sẵn cho bồn 1, bồn 2, bồn 3.
- Nhập số mẻ cần chiếc rót vào ô số mẻ chiếc rót.
3. Tổng kết.
Sau khi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp nhóm em đã học hỏi thêm được rất nhiều kiến thức có ích cho công việc sau này trong việc thiết kế và lập trình cho một hệ thống trộn và chiếc rót, đề tài tốt nghiệp có tính ứng dụng thực tế cao, sau đây là những kết quả của nhóm em đạt được: Tìm hiểu và làm quen với một dây chuyền sản xuất tự động cùng với PLC, Sensor, nắm vững được các quy trình để thiết kế một dây chuyền hệ thống tự động hoàn toàn, có kinh nghiệm trong việc thiết kế và lắp đặt tủ điện, hiểu được phương thức làm việc của PLC qua đó có thể lập trình được PLC theo yêu cầu của đề tài.
Nghiên cứu và sử dụng được chương trình STEP7 và WINCC trong việc viết chương trình điều khiển đáp ứng đúng yêu cầu của một hệ thống trộn và chiếc rót đơn giản. Dựa vào hệ thống thực tế để tạo ra giao diện mô phỏng. Đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật. Phát triển kỹ năng tư duy sáng tạo, khả năng học hỏi và giải quyết vấn đề. Khai thác được sức mạnh công nghệ thông tin trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu.
4. Hạn chế của đề tài.
Đây là mô hình mô phỏng chưa sát với thực tế nên khó khăn trong việc lập trình, một phần là vì S7 200 là loại PLC đã lâu đời nên phần mềm WINCC phải chạy trên nền tảng Windown 7 nên khó khăn trong việc lâp trình kết nối giữa PLC và máy tính, việc thiết kế SCADA còn nhiều hạn chế bởi vì WINCC không còn được hỗ trợ nhiều cho S7 200. Các khâu trong mô hình vẫn còn thiếu và chưa sát với thực tế như: vẫn có sai số trong việc chiếc rót lưu lượng vào bồn trộn và vào chai, có độ trễ thời gian của PLC khi ngắt chương trình, chuyển động của các phần
cơ khí vẫn chưa được trơn tru mượt mà. Do thời gian làm đồ án chỉ có 3 tháng và kiến thức có hạn về lập trình cũng như thiết kế SCADA của PLC hãng Simens nên còn nhiều chức năng của phần mềm STEP7 và WINCC chưa được khai thác.
5. Rút kinh nghiệm
Qua đồ án tốt nghiệp này nhóm em đã có được rất nhiều kinh nghiệm:
- Cần nắm vững những kiến thức cần thiết liên qua tới PLC và thiết kế mạch điện.
- Phải lựa chọn kĩ càng và tìm hiểu các dòng PLC hiện nay
- Sai số giữa mô hình và bên ngoài thực tế còn lớn nên cần tính toán thật kĩ. - Lựa chọn linh kiện phù hợp cho mô hình tránh tình trạng lãng phí khi không
sử dụng được.
- Phần chiết rót nước vào các chai còn có sự chênh lệch lớn không đồng đền, đây cũng là sự chênh lệch không thể tránh khỏi kể cả các nhà máy lớn.
6. Hướng phát triển.
- Đề tài có cơ hội được tham gia các cuộc thi về nghiên cứu khoa học kỹ thuật. - Đề tài có triển vọng ứng dụng vào các hệ thống trộng và chiết rót nhà máy
lớn như: thực phẩm, thức uống, dược phẩm.
- Nếu có điều kiện và thời gian nghiên cứu sẽ hoàn thiện mô hình có thêm phần đóng nắp và đóng thùng để thành một hệ thống hoàn chỉnh.
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]https://tailieu.vn/doc/gioi-thieu-ve-plc-s7-200-116254.html [2]https://www.youtube.com/watch?v=S6iDlJu9Djc [3]https://vi.wikipedia.org/wiki/Siemens_AG [4]https://icdayroi.com/ [5]https://plctech.com.vn/tai-lieu-wincc/ [6]https://www.plcsaigon.com/blogs/tai-phan-mem-plc/phan-mem-lap-trinh-plc- siemens-s7-200-step-7-microwin-v4-0-sp9 [7]https://beeteco.com/lich-su-ra-doi-va-phat-trien-cua-plc. [8]http://www.nhathaudien.vn/nha-thau-dien-tin-tuc/ngon-ngu-lap-trinh-plc-s7- 200..