Hệ thống kết hợp 3 chu trình : Vận chuyển chai, chiết rót và đóng nắp thành phẩm. Mạch điều khiển trung tâm PLC của Siemens: điều khiển xuyên suốt hệ thống vận chuyển chai, chiết rót, đóng nắp. Bảng mạch hiển thị trạng thái hoạt động của hệ thống trên các đèn led. Khi có sự cố xảy ra, trạng thái đèn báo lỗi đƣợc bật đồng thời hệ thống ngắt điện hoàn toàn tự động.
Khung sƣờn : Đƣợc làm bằng nhôm không gỉ.
Động cơ xoay vòng bằng công nghệ Đức: Các chai PET đƣợc vận chuyển tự động trên băng chuyền xoay vòng liên tục vào hệ thống chiết rót, xúc rửa.
Ống dẫn nƣớc: Bằng nhựa PE, chất liệu an toàn, không độc hại có thể sử dụng trong ngành công nghiệp dƣợc phẩm nên rất an toàn với ngƣời sử dụng. Ống nhựa PE có độ bền cao, chịu đƣợc áp lực lớn, chịu đƣợc sự khắc nghiệt của thời tiết.
Hệ thống gồm bao gồm hai chế độ hoạt động: Auto và Manual.
4.1.3. Nguyên lý hoạt động
Vỏ chai PET đã qua kiểm nghiệm đƣợc đặt trên băng chuyền đi vào hệ thống chiết rót. Sau khi cảm biến hồng ngoại phát hiện chai, hệ thống khởi động bơm nƣớc để rót nƣớc vào chai PET (Lƣu ý : thể tích nƣớc có thể điều chỉnh đƣợc).
Khi chai đã đƣợc rót theo thông số cài đặt trƣớc, sẽ đƣợc chuyển sang vị trí cấp nắp. Nắp chai đƣợc lấp đầy trong ống chứa và đƣợc xy lanh đẩy đƣa vào ngay đầu chai PET.
Xylanh nâng hạ đƣa động cơ xoay siết chặt nắp.
Sau đó chai PET đƣợc chuyển trên băng tải đi ra ngoài.
Do giới hạn đề tài là mô phỏng trên máy tính nên em sẽ nghiên cứu những thiết bị phần điện tự động là chính, mô hình mô phỏng sẽ có một số điểm khác so với hệ thống thực để thuận thiện cho việc mô phỏng.Cụ thể là dây chuyền mô phỏng sẽ có các khâu chính là:
- Chiếc nƣớc vào chai. - Lấy nắp chai.
- Đóng nắp chai.
- Đƣa chai thành phẩm sang dây chuyền thực hiện công đoạn tiếp theo( dán nhãn, đóng thùng). 4.2. Sơ đồ cấu trúc Hình 4. 1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống Động cơ mâm xoay Bơm Động cơ băng chuyền 1 Xylanh đẩy nắp chai Xy Lanh nâng hạ Nguồn Switch Đèn báo BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC Nút nhấn Động cơ băng chuyền 2 Cảm biến Động cơ vặn nắp
4.4. Bảng phân công đầu vào ra
4.4.1. Đầu vào input
Bảng 4. 1 Đầu vào Input
STT Tên biến Địa chỉ Ghi chú
1 I_MODE I0.0 Switch chế độ 1 auto, 0 manu
2 I_START I0.1 Nút nhấn chạy hệ thống
3 I_STOP I0.2 Nút nhấn dừng hệ thống
4 I_CB_MUC_NUOC I0.3 Cảm biến phát hiện mực nƣớc tháp 5 I_CB_CHAI_VAO I0.4 Cảm biến phát hiện chai vào
6 I_CB_VI_TRI I0.6 Cảm biến vị trí dừng mâm
4.4.2. Đầu ra output
Bảng 4. 2 Đầu ra Output
STT Tên biến Địa chỉ Ghi chú
1 Q_ĐÈN_START Q0.0 Đèn báo hệ thống chạy
2 Q_ĐÈN_STOP Q0.1 Đèn báo hệ thống dừng
3 Q_ĐÈN_LỖI Q0.2 Đèn báo hệ thống lỗi
4 Q_BT1 Q0.3 Đầu ra động cơ băng tải vào
5 Q_BƠM Q0.4 Đầu ra động cơ bơm
6 Q_ĐC_XOAY_MÂM Q0.5 Đầu ra động cơ quay trục
7 Q_ĐC_XOAY_NẮP Q0.6 Đầu ra động cơ đóng nắp
8 Q_XYLANH_NÂNG_HẠ Q0.7 Đầu ra xy lanh đóng nắp 9 Q_XYLANH_ĐẨY_NẮP Q1.0 Đầu ra xy lanh đẩy nắp
10 Q_BT2 Q1.1 Đầu ra độg cơ băng tải 2
Hình 4. 2 Giản đồ thời gian
4.6. Lƣu đồ thuật toán
4.6.1. Lưu đồ chung của toàn hệ thống
Hình 4. 3 Lƣu đồ thuật toán chung cho toàn hệ thống
4.6.3. Chương trình con chế độ vận hành tự động
Hình 4. 5 Chế độ vận hành tự động
4.7. Thiết kế giao diện WinCC
4.7.1. Tạo màn hình mới cho HMI
Hình 4. 6 Bƣớc 1 tạo màn hình HMI
Chọn Add new device HMI SIMATIC Basic Panel Chọn kích thƣớc màn hình HMI muốn tạo( 7” Display) KTP700 Basic PN.
Bước 2: Chọn PLC để kết nối với màn hình HMI. Sau đó nhấn Finish
Hình 4. 7 Bƣớc 2 tạo một màn hình HMI
Ta tạo đƣợc 1 giao diện màn hình HMI nhƣ bên dƣới, sau đó ta bắt đầu thiết kế nhƣ yêu cầu đã đề ra.
Hình 4. 8 Một màn hình HMI đƣợc tạo
4.7.2. Giao diện của hệ thống điều khiển chiết rót đóng nắp tự động trên WinCC
g
Hình 4. 9 Giao diện hệ thống chiết rót, đóng nắp chai tự động trên WinCC
4.7.3. Bảng điều khiển của hệ thống
Hình 4.12 bảng điều khiển gồm 2 chế độ vận hành là Auto và Manual. Bên cạnh đó còn các nút nhấn và đèn hiển thị của từng nút nhấn nhƣ START, STOP và ERROR.
Hình 4.13 cài đặt giá trị thời gian cho bơm.
Hình 4.14 đƣợc dùng để điều khiển các cơ cấu chấp hành riêng lẻ của hệ thống chủ yếu phục vụ cho quá trình kiểm tra từng động cơ, thiết bị hoạt động.
Hình 4. 10 Bảng điều khiển các chế độ vận hành
Hình 4. 11 Cài đặt giá trị thời gian cho bơm
Hình 4. 12 Điều khiển chế độ vận hành bằng tay
4.8. Thi công mô hình thực tế
Sau quá trình phân tích tìm hiểu một số hệ thống đã có trên thực tế trong các cơ sở sản xuất và đáp ứng đƣợc những yêu cầu mà đề tài đƣa ra nhƣ hiệu suất làm việc, nhân
công và kinh phí đầu vào. Nhóm đã lựa chọn phƣơng án: “Dây chuyền chiết rót hệ mâm xoay”.
Sau đây là một số hình ảnh trong quá trình thi công mô hình của nhóm.
Hình 4. 13 Trục nối giữa động cơ xoay mâm và mâm xoay mục đích cố định mâm xoay, giúp mâm xoay ổn định hơn.
Hình 4. 14 Tạo khung đỡ cho mâm xoay, giúp mâm xoay không bị lệch tâm khi xoay
Mô hình hoàn thiện hệ thống chiết rót đóng nắp tự động thể hiện ở Hình 4.21
KẾT LUẬN
1. Kết quả đạt được
Trải qua quá trình thiết kế và chế tạo, mô hình của nhóm chúng em đã đạt đƣợc một số kết quả nhƣ sau:
- Giải quyết đƣợc vấn đề đã đặt ra ban đầu. - Thực hiện đủ các công đoạn của hệ thống.
- Bộ phận bơm, cấp nắp, đóng nắp, vặn nắp, hoạt động hiệu quả. - Bộ phận mâm xoay, đẩy chai hoạt động ổn định.
- Băng tải chạy liên tục đảm bảo năng suất và tuổi thọ. - Tiết kiệm tối đa chi phí chế tạo so với dự liệu.
2. Hạn chế
- Chƣa thể tự động hóa quá trình cấp nắp cơ cấu kiểm tra chất lƣợng sản phẩm đầu ra.
- Thể tích nƣớc rót vào chai chƣa đạt độ chính xác cao.
- Hệ thống có nhiều chi tiết đƣợc gia công thủ công nên hoạt động chƣa đƣợc ổn định.
- Chƣa kiểm soát đƣợc lƣợng nƣớc trong bồn rót nƣớc.
3. Hướng phát triển đề tài
- Thêm cơ cấu cố định chai trong quá trình vặn nắp ở mâm xoay.
- Sử dụng cảm biến lƣu lƣợng để xác định chính xác lƣợng nƣớc rót vào chai. - Sử dụng cảm biến có độ chính xác cao hơn trong quá trình phát hiện vật thể. - Tự động hóa quá trình cấp nắp và cấp thùng.
- Nghiên cứu phát triển cơ cấu kiểm tra chất lƣợng sản phẩm đầu ra.
- Cải tiến mô hình với các bƣớc gia công chính xác để đạt chất lƣợng và năng suất cao hơn.
- Dựa trên kết quả đạt đƣợc, nghiên cứu ứng dụng vào các hệ thống chiết rót nƣớc giải khát, bia rƣợu..v.v
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Văn Hiếu(2019). Tự động hóa với Simatic S7-1200 với TIA Portal, NXB Khoa học và kỹ thuật
[2] Tài liệu chung- Ebook (2018). Các bộ cảm biến kỹ thuật đo lường điều khiển,
https://tailieuchung.com/vn/tlID785832_ebook-cac-bo-cam-bien-trong-ky-thuat-do- luong-va-dieu-khien-phan-1.html
[3] Batiea(2021). Tổng quan về phần mềm TIA Portal của Simens,
https://batiea.com/bai-viet/tong-quan-ve-phan-mem-tia-portal-cua-siemens
[4] Wikipedia tiếng Việt. SCADA, https://vi.wikipedia.org/wiki/SCADA
[5] vannhapkhau(2021). Van điện từ khí nén/ Airtac, Festo, Stnc, Smc/ 12V, 24V, 220V
https://vannhapkhau.com.vn/van-dien-tu-khi-nen-id72.html
[6] Lê Chí Kiên, Giáo trình Đo lường cảm biến, năm 2013, NXB Đại Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh
PHỤ LỤC
Chương trình con
- FC_AUTO Báo lỗi hệ thống
Điều khiển bơm định lƣợng
Điều khiển xylanh nâng hạ đóng nắp
Điều khiển băng ra