Q0.0 cấp xung cho Driver.
Q0.1 điều chỉnh hướng.
Q1.0 điều khiển relay chân Run cho phép Driver hoạt động.
Chú ý : Chọn một giátr ị cho điện trở R để dòng điện đầu vào s ẽ từ 7 đến 15 mA.
Vcc R
24VDC 1.6KΩ đến 2.4KΩ
12VDC 750 đến 1.1 KΩ
CHƯƠNG 4: THI CƠNG HỆ THỐNG 4.1 GIỚI THIỆU
Sau khi tính tốn, thi ết kế, đề ra được những phương án cụ thể, nhóm ti ến hành thi cơng h ệ thống. Hệ thống được thi công bao g ồm ba phần chính là thi cơng ph ần cơ khí vàthi cơng phần điện vàthi ết kế giao diện điều khiển vàgiám sát . Cụ thể như sau: Về phần cơ khí: Tiến hành l ắp ráp các thiết bị vào mơ hình đã gia cơng trước đó.
Về phần điện: Kết nối PLC và các module với nhau bằng dây điện.
Về điều khiển vàgiám sát : Xây d ựng giải thuật vàvi ết chương trình cho hệ thống. Chương trình được lập trình d ựa vào n guyên lýho ạt động của hệ thống từ khi cấp nguồn cho đến khi hệ thống ngừng hoạt động, áp d ụng được giải thuật điều khiển vào mơhình một cách t ối ưu nhất.
4.2 THI CƠNG HỆ THỐNG
Bảng 4. 1 Danh sách linh ki ện
STT Tên linh ki ện Số lượng
1 PLC S7-1200 CPU 1215C DC/DC/DC 1
2 Driver R7D-AP04H của hãng Omron 1
3 Động cơ Servo R7M-A40030 1
4 Băng tải 2 5 Cảm biến tiệm cận 1 6 Cảm biến quang 4 7 Cảm biến nhãn SU -02XP 1 8 Cảm biến mức nước 1 9 Động cơ dán nhãn 1 10 Động cơ nắp chai 1 11 Xi-lanh 2 12 Nút nhấn 4 13 Relay 8 14 Đèn báo 5 15 Nguồn tổ ong 24VDC 1 16 Nguồn tổ ong 12VDC 1
4.2.1 Thi cơng phần cơ khí
4.2.1.1 Thi cơng h ệ thống khínén
Với thiết kế cơ khí ở trên cơ cấu đẩy sử dụng xi-lanh tác động kép, ở trạng thái van điện từ khơng tích c ực nhưng xi-lanh ở trạng thái đẩy ngược lại khi van điện từ tích cực (cótín hi ệu từ PLC) xi-lanh kéo v ề nên ta thi cơng h ệ thống khí nén theo sơ đồ sau:
Hình 4. 1 Ngun lýthi cơng khínén
4.2.1.2 Thi công hệ thống mâm xoay
Phần quan trọng nhất của hệ thống là cơ cấu mâm xoay, v ới mỗi vị tríc ủa mâm xoay thìh ệ thống thực hiện một cơng vi ệc cụ thể (chiết rót, g ạt nắp, đóng nắp…). Vì vậy trước khi vận hành h ệ thống, phải đảm bảo rằng mâm ph ải đặt đúng với vị tríb ắt đầu.
Hình 4. 3 Cơ cấu mâm xoay
4.2.2 Thi cơng ph ần điện
Với dây chuy ền này nhóm quy ết định chọn bảng điện thay vìt ủ điện, vừa phù hợp với hệ thống đồng thời cũng làm mát cho các thiết bị điều khiển (PLC, Driver,..).
Sơ đồ thi dây b ảng điện điều khiển
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
51
4.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT
Qui trình ho ạt động
Đầu tiên, c ấp nguồn cho hệ thống.
Chiết rót : Khi băng tải 1 đưa chai vào cảm biến sẽ nhận biết có chai vào,
băng tải 1 ngừng lại sau đó bơm sẽ hoạt động để bơm một lượng nước nhất định vào chai. Khi chai đã được bơm đầy nước thì bơm sẽ ngắt vàmâm xoay hoạt động để đưa chai đến vị tríc ấp nắp.
Cấp nắp: Khi chai đi qua vị tríc ấp nắp sẽ được cấp nắp, sau khi chai được
cấp nắp thì mâm xoay đưa chai đến vị trí đóng nắp.
Đóng nắp: Cảm biến đóng nắp chai sẽ nhận biết cóchai t ới, xi – lanh nắp
sẽ đẩy động cơ nắp xuống và động cơ sẽ đóng nắp cho chai.
Dán nhãn : Khi cảm biến đóng nắp chai hoạt động thì băng tải 2 và động cơ
nhãn cũng hoạt động đưa chai đến vị trídán nhãn chai.
Phân lo ại: Khi chai đến vị tríphân lo ại cảm biến chai ra hoạt động, băng tải
2 ngừng đồng thời cảm biến mức nước vàc ảm biến nắp chai sẽ kiểm tra chai.
Giải thích lưu đồ
Nhấn ON đèn ON sáng, động cơ servo bắt đầu quay nghịch cho đến khi cảm biến góc lên m ức 1 servo ngừng quay vàset làgóc 0 , sau đó băng tải 1 và 2 hoạt động.
Khi cảm biến chai vào lên m ức 1 băng tải 1 ngừng hoạt động, động thời
bơm sẻ hoạt động cấp nước cho chai, sau 6s bơm ngừng và đếm chai vào + 1.
Mâm xoay quay góc 900 sau khi cấp nước xong hoặc khi khơng có chai vào 9s.
Khi cảm biến đóng nắp lên m ức 1, xi – lanh nắp và động cơ nắp hoạt động, sau 4s động cơ nắp ngừng hoạt động, xi – lanh nắp trở về vị trí ban đầu.
Khi cảm biến đóng nắp xuống mức 0, động cơ dán nhãn hoạt động cho đến
khi cảm biến nhãn t ừ mức 1 về mức 0.
Khi cảm biến kiểm tra lên m ức 1, băng tải 2 ngừng.
- Khi cảm biến nước vàc ảm biến nắp cùng lên mức 1: băng tải 2 hoạt động đếm sản phẩm đạt + 1.
Khi 1 trong 2 cảm biến nước vàc ảm biến nắp ở mức 0: Xi – lanh đẩy đẩy chai ra và tr ở lại vị trí ban đầu sau 4s đếm sản phẩm lỗi + 1, băng tải 2 tiếp tục hoạt động.
Nhấn OFF đèn OFF sáng băng tải 1 ngừng sau 45s thìng ừng tồn b ộ hệ
thống.
Nhấn STOP đèn OFF và đèn STOP sáng ngừng toàn b ộ hệ thống.
Nhấn RESET xóa h ết các giátr ị đếm.
4.4 ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT4.4.1 Viết chương trình điều khiển 4.4.1 Viết chương trình điều khiển
Chương trình điều khiển của hệ thống được viết bằng ngôn ng ữ LAD, viết trên ph ần mềm TIA portal V13, điều khiển PLC S7-1200.
Bước 1: Tạo một project mới bằng cách chọn “Create new project” ở giao diện
TIA Portal, đặt tên project ở khung “Project name” và chọn được dẫn ở khung “Path”, sau đó nhấn “Create”.
Hình 4 . 7 Đặt tên cho d ự án
Bước 2: Chọn thiết bị cho Project bằng cách nhấn “Configure a device” → “Add
new device”, chọn CPU 1215C DC/DC/DC rồi nhấn Add để đi đến vùng làm việc chính của phần mềm.
Bước 3. Mở vùng vi ết chương trình bằng cách chọn mục “Program block” →
“Main [OB1]”.
Hình 4. 9 Giao diện viết chương trình PLC
Chương trình điều khiển:
Chương trình điều khiển được viết hồn ch ỉnh được trình bày ở phụ lục.
Bảng 4. 2 Bảng tag các ngõvào, ngõra
Đầu vào Đầu ra
Tên thi ết bị Địa chỉ Tên thi ết bị Địa chỉ
Nút nh ấn ON I0.0 +PULS(DRIVER) Q0.0
Nút nh ấn OFF I0.1 -SIGN(DRIVER) Q0.1
Nút nh ấn STOP I0.2 Băng tải 1 Q0.2
Nút nh ấn RESET I0.3 Băng tải 2 Q0.3
Cảm biến góc I0.4 Động cơ nắp/Xi - lanh nắp Q0.4
Cảm biến chai vào I0.5 Động cơ nhãn Q0.5
Cảm biến nắp I0.6 Xi - lanh đẩy Q0.6
Cảm biến nhãn I0.7 Đèn STOP Q0.7
Cảm biến mức nước I1.0 Đèn ON/OFF Q1.0
Cảm biến nắp I1.1 Bơm Q1.1
Thiết lập cấu hình cho kh ối xung PTO
Thiết lập các thông s ố cho khối phát xung PTO sao cho phùh ợp với Driver vàServo Motor nhằm tránh hi ện tượng quá t ải hoặc tránh hi ện tượng không c ấp xung được cho Servo hoạt động.
Để phát xung cho Driver điều khiển động cơ Servo ta thực hiện các bước sau: - Bước 1: Tạo một hệ trục để điều khiển.
- Bước 2: Thiết lập các thơng s ố cấu hình ph ần cứng, phần mềm. - Bước 3: Viết chương trình điều khiển phát xung.
Cách t ạo hệ trục và điều khiển phát xung để động cơ Servo quay 900 1. Tạo hệ trục Axis
2. Chọn xung và đơn vị khoản cách
Hình 4. 11 Chọn xung và đơn vị khoảng cách cho Axis
3. Chọn kiểu phát xung, chân phát xung và chân điều khiển chiều động cơ trên PLC
Hình 4. 12 Thiết lập kiểu phát xung và chân điều khiển Axis
4. Chọn số xung cho một vòng quay c ủa động cơ Servo là 10000 (dựa theo thống số của thiết bị)
Chọn góc quay cho một vịng của động cơ Servo là 360.0 (trục động cơ kết nối trực tiếp mâm xoay, khơng có hộp giảm tốc).
Hình 4. 13 Thiết lập thơng s ố cho động cơ
5. Chọn tốc độ khởi động, tốc độ cực đại, thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc cho động cơ.
6. Chương trình điều khiển phát xung cho động cơ Servo quay góc 900
Để phát xung điều khiển động cơ Servo quay góc 900, đầu tiên ta cần cho phép hệ trục mà ta đã thiết lập thông s ố như trên hoạt động bằng hàm MC_Power. Khi tín hi ệu Enable lên 1 thìh ệ trục trên m ới được cho phép ho ạt động vàth ực thi các l ệnh khác.
Để động cơ Servo quay góc 900, ta dùng hàm MC_MoveRelative. Ta ch ọn khoảng cách (góc quay) là 90 0, vận tốc 900/s. Sau đó ta kích xung cho chân Excute_PTO thì lệnh sẽ được thực thi và xung sẽ được phát từ PLC tới chân +PULS của Drive.
4.4.2 Thiết kế giao diện giám sát
Với mục tiêu là giúp người dùng d ễ dàng điều khiển và giám sát được quy trình ho ạt động của hệ thống nhóm xây d ựng giao diện giám sát SCADA trên giao di ện Phần mềm WinCC Runtime Advanced.
Giao diện cho phép người dùng điều khiển trực tiếp vàgiám sát tr ạng thái ho ạt động của từng thiết bị.
Hình 4. 15 Kết nối giữa PLC với Wincc
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT 5.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Sau thời gian 16 tuần, nhóm đã hồn tất việc thực hiện việc tìm đề tài, lên phương án th ực hiện, thiết kế vàthi công dây chuy ền. Mặc dùg ặp nhiều khó khăn nhưng với sự nỗ lực, cố gắng chúng tôi đã học tập được nhiều kiến thức, kinh nghiệm quý báo và đạt được một số kết quả như sau:
Xây d ựng thành cơng dây chuy ền đóng nắp, chiết rót vàdán nhãn chai. Nghiên c ứu sâu hơn về cách s ử dụng các l ệnh Motion.
Nghiên c ứu sâu hơn cách thức giao tiếp giữa PLC với servo.
Nghiên c ứu vàthi ết kế giao diện điều khiển vàgiám sát trên SCA DA. Kết nối điều khiển được các thi ết bị trong hệ thống.
Xây d ựng vàl ập trình PLC cho h ệ thống chạy hồn chỉnh.
5.2 KẾT QUẢ THỰC HIỆN5.2.1 Kết quả phần cứng 5.2.1 Kết quả phần cứng
Nhận xét c ủa nhóm
- Khung sườn phần cứng chắc chắn, động cơ servo và mâm xoay được cố định chặt lại nên mâm xoay quay chính xác.
- Hệ thống phân lo ại chai hoạt động ổn định.
- Xi – lanh khí nén được thiết kế phù h ợp với kích thước của băng tải.
- Cơ cấu đóng nắp ln đáp ứng tốt trong trường hợp nắp chai được gạt đúng với vị trírãnh c ủa chai.
- Bảng điện có kích thước 500*500 mm bố trív ừa đủ các module, thi ết bị điều khiển hệ thống.
- Có CB đóng ngắt điện đảm bảo an tồn.
- Toàn b ộ dây d ẫn đi trong máng nhựa sau bảng điều khiển tang tính th ẩm mỹ, an tồn điện.
5.2.2 Kết quả phần chiết rót
Với việc sử dụng định thời động cơ bơm 12V thì chai đầu tiên s ẽ bị hụt nước do thời gian hút nước vào đường dẫn của máy bơm. Kể từ chai thứ hai trở đi, nếu việc cung cấp làliên t ục thìsai s ố chênh l ệch mực nước sẽ rất ít.
Qua nhiều 50 lần thực nghiệm thìt ổng số chai đạt là 45 chai, s ố chai lỗi là 5 chai. Từ kết quả đạt được nhóm xác định được độ chính xác c ủa bơm là 90%.
5.2.3 Kết quả phần giám sát
Hình 5. 3 Kết quả giao diện giám sát chính
Hình 5. 4 Kết quả giao diện giám sát điều khiển
Nhận xét c ủa nhóm
- Giao diện điều khiển dễ nhìn, d ễ dàng s ử dụng, có hi ển thị hiệu ứng khi cơ cấu chấp hành có điện.
- Thực hiện được 2 chế độ điều khiển: Manual và Auto.
- Màn hình chính có u c ầu đăng nhập User người dùng.
- Hệ thống có mơ ph ỏng chuyển động của chai nước so với thực tế, thể hiện được tính tương quan.
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 KẾT LUẬN
Sau quá trình tìm hiểu về động cơ AC Servo, tham khảo các mơ hình chiết rót vàdán nhãn đang được sử dụng hiện nay đồng thời việc thi công hệ thống với thời gian quy định thì nhóm đã hồn thành đề tài đồ án t ốt nghiệp của mình. V ề cơ bản, nhóm đã đạt được những mục tiêu đã đề ra. Qua đồ án t ốt nghiệp này nhóm đã đạt được một số thành qu ả như sau:
- Hệ thống hoạt động ổn định, chính xác. Cơ cấu chiết rót và dán nhãn có sai số thấp, mâm xoay xoay đúng góc 900. Động cơ Servo hoạt động trơn tru khơng bị khựng, giật. Cơ cấu gạt và đóng nắp chai hoạt động chính xác. - Hiểu được cách thức hoạt động, cài đặt thông số cũng như vận hành một
động cơ Servo AC và tính ứng dụng cao của nó trong cơng nghiệp. - Biết thêm v ề các l ệnh Motion.
- Giám sát, điều khiển hệ thống thông qua giao di ện SCADA tốt.
- Sản phẩm đáp ứng được yêu c ầu đề ra của nhóm.
Đồng thời nhóm cũng đã biết được nhược điểm trong dây chuy ền đề tài c ủa mình: - Phần cứng của hệ thống có tính th ẩm mỹ chưa cao.
- Nhóm dùng bơm thường để chiết rót nên chai nước đầu tiên trong dây chuy
ền sẽ bị hụt nước, kể từ chai thứ hai trở đi mực nước được chiết rót s ẽ ổn định vàcó sai s ố thấp.
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- Thêm các thi ết bị bảo vệ để tránh hư hỏng do các tác động bên ngồi. - Cải thiện phần cơ khí của hệ thống tốt hơn để tăng thêm độ chính xác. - Thay đổi cơ cấu chiết rót, thay vì dùng bơm thường sẽ đổi thành chiết rót
bằng bơm định lượng hoặc hệ thống chiết rót dùng pittơng.
- Có th ể điều khiển hệ thống qua các thi ết bị khác như Tablet, HMI… - Xây d ựng thuật toán điều khiển thông minh hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Văn Hiếu, Thiết kế hệ thống HMI/SCADA với TIA Portal, NXB Khoa học vàk ỹ thuật, 2019.
2. Trần Văn Hiếu, Tự động hóa PLC S7 -1200 với TIA Portal, NXB Khoa học vàk ỹ thuật, 2015.
3. Phạm Quang Huy – Nguyễn Duy Ngọc, Điều khiển lập trình v ới S7 - TIA Portal, NXB Khoa học vàk ỹ thuật 2014.
4. Xi - lanh khí nén, Internet: https://vankhinen.vn/van-dien-tu-khi-nen-la-gi - solenoid- valve-la-gi-bid93.html, 2016.
5. Cảm biến quang, Internet: https://sieuthivattudien.com/cam-bien-quang-dien-la - gi- cong-dung-va-vai-tro-cua-no/?fbclid=IwAR2oeA3_jGQt2hXWQItOYObnp- 4-h4- uSeRX621eAv9HS_AYo1nA8eYH7yM, 2017.
6. Khái ni ệm và c ấu tạo của động cơ Servo, Internet: https://solarstore.vn/khai-niem- dong-co-servo-la-gi .
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP