- Đầu tiên ta tạo 2 thư mục nằm trong ổ đĩa trong đó 1 thư mục chứa 1 file gốc Excel (file gốc có đầy đủ thông tin mà ta muốn hiển thị sau khi xuất file Excel), còn 1 thư mục chứa file còn lại để lưu thông tin sau khi xuất.
Hình 2.65 File Excel mẫu chứa các thông tin cần xuất.
- Sau khi ta viết chương trình xong kết nối hoàn tất giữa PLC và thiết bị. Trong khung “Devices” ta nhấn chọn “PC-System_1”, tiếp tục chọn “HMI_RT_1” sau đó chọn “Scripts”, chọn “VB scripts” chọn “Add new function” để nhập code để xuất ra file báo cáo.
Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ
Yêu cầu hệ thống
Yêu cầu về phần cơ khí: Phần cơ khí được xây dựng và lắp đặt với tiêu chí đề
cao sự chắc chắn, chính xác, độ ổn định cũng như đảm về vấn đề vệ sinh nhằm nâng cao tuổi thọ và hạn chế tối đa các lỗi có thể xảy ra của mô hình.
Với các tiêu chí về phần cơ khí và yêu cầu của đồ án, mô hình hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp tự động được xây dựng với 4 khâu chính.
+ Khâu cấp lon: Lon trống được đặt trong 1 ống hình tròn, cơ cấu cấp lon được thực hiện bởi 1 xylanh đẩy đưa lon từ ống đến băng tải chính.
+ Khâu chiết rót: 4 cảm biến lưu lượng đọc xung tốc độ cao kết hợp 4 van điện từ đóng mở dòng chảy màu sơn pha đảm nhiệm việc rót sơn vào lon theo đúng với tỉ lệ màu.
+ Khâu đóng nắp và cấp nắp: Gồm 1 băng tải cấp nắp, 1 xylanh đẩy nắp vào vị trí đóng nắp và 1 xylanh đập nắp.
+ Khâu trộn sơn: Gồm 1 xylanh đưa lon vào cơ cấu trộn và 1 xylanh đẩy lon ra. Lon sơn được lắc đều nhờ 1 động cơ bước.
Phần điện của mô hình: Nguồn điện của mô hình gồm 2 loại nguồn chính là nguồn điện xoay chiều 220V để cấp cho nguồn tổ ong và nguồn điện một chiều 24V cung cấp cho CB, PLC chính, module mở rộng, các cảm biến, van điện từ, các đèn báo, buzzer, các van khí nén, động cơ bước. Phần thiết kế điện phải thật hợp lý, an toàn, việc kết nối diễn ra một cách chính xác, các đầu dây đấu nối được bấm code và bố trí hợp lý. Phần tủ điện của mô hình phải được thiết kế sao cho gọn gàng, ngăn nắp, dễ vận hành, bảo trì, sửa chữa một cách dễ dàng.
Phần giao diện SCADA: gồm 3 màn hình. Một màn hình chính giới thiệu, một màn hình chọn màu sơn và số lượng, một màn hình vận hành gồm các nút nhấn điều khiển, hiện thị số lượng lon hiện tại. Scada phải được thiết kế cung cấp đầy đủ thông tin, cách hiện thị rõ ràng gần gũi với người sử dụng.
Tính toán thiết kế
3.2.1. Quy trình vận hành của hệ thống
Chọn mã màu sơn và nhập số lượng lon cần pha từ màn hình SCADA.
Sau khi xác nhận mã màu sơn, số lượng lon hợp lệ, kiểm tra số lượng màu sơn trên bể đạt yêu cầu, nhấn START trên màn hình Scada hoặc điều kiển trực tiếp trên tủ điều khiển để hệ thống bắt đầu làm việc.
Băng tải hoạt động, xy lanh 1 bắt đầu cấp lon. Khi cảm biến 1 phát hiện lon, băng tải dừng lại. Cảm biến lưu lượng kết hợp van điện từ tiến hành rót sơn theo đúng tỉ lệ. Rót sơn hoàn tất.
Khi cảm biến 2 phát hiện lon, băng tải dừng lại, xy lanh đẩy nắp hành trình ra, đẩy nắp vào vị trí đóng nắp, xy lanh đẩy nắp hành trình vào, xy lanh đóng nắp hành trình ra đóng nắp rồi rút về. Sau khi đóng nắp xong, băng tải cấp nắp chạy trong 2s rồi dừng để đưa nắp vào đúng vị trí, băng tải chính hoạt động.
Khi cảm biến 3 phát hiện lon, băng tải chính dừng lại, xy lanh đẩy lon vào cơ cấu trộn hành trình ra, động cơ trộn bắt quay đủ số vòng thì dừng.
Nếu số lon đưa vào băng tải nhỏ hơn số lon yêu cầu thì xy lanh tiếp tục cấp lon vào băng tải.
Trộn sơn xong, xyl anh đẩy lon vào cơ cấu trộn hành trình vào. Xy lanh đẩy lon ra cơ cấu trộn hành trình ra, sau đó xy lanh đẩy lon ra cơ cấu trộn hành trình về. Băng tải chính hoạt động đưa lon về cuối bang tải rồi dừng.
Trong quá trình hệ thống hoạt động:
+ Nhấn nút EMO_STOP, reset tất cả các cơ cấu chấp hành, tiến hành khắc phục lỗi nếu có. Khi muốn hoạt động lại, cần reset nút EMO_STOP về trạng thái ban đầu.
+ Nhấn nút PAUSE, hệ thống sẽ chạy hết khâu hiện tại rồi dừng. Nhấn nút RESUME để hệ thống tiếp tục hoạt động.
+ Nhấn nút STOP, hệ thống sẽ không cấp lon mới. Xử lý hết lon sơn còn lại trên băng tải rồi dừng.
Khi pha đủ số lượng lon yêu cầu. Buzzer_Done hoạt động, có màn hình thông báo trên SCADA.
3.2.2. Thiết kế phần cứng
Phần cơ khí
Sau đây là bản vẽ của mô hình của hệ thống nhưng để đáp ứng đúng và đủ với yêu cầu ban đầu đặt ra của nhóm đã lượt bỏ bớt phần dán nhãn.
Hình 3.1 Bản vẽ mô hình của hệ thống Bố trí tủ điện
Sơ đồ bố trí thiết bị trong tủ điện: - 1 là CB - 2 là PLC S7-1200 - 3 là Module SM 1223 - 4 là nguồn tổ ong - 5 là Relay - 6 là cần đấu dây 2 tầng 3.2.3. Sơ đồ khối hệ thống
Đây là sơ đồ tổng thể tất cả các khối chức năng trong hệ thống.
Hình 3.3 Sơ đồ tổng thể hệ thống Chức năng các khối:
Khối nguồn cung cấp: Khối nguồn sẽ cung cấp 2 loại nguồn điện chính cho hệ thống. Bao gồm nguồn điện một pha xoay chiều 220V giúp cung cấp điện cho CB, nguồn tổ ong, bình khí nén và nguồn điện 24V một chiều giúp cung cấp điện áp nuôi cho PLC chính, module mở rộng, các cảm biến, các đèn báo, buzzer, các van khí nén, động cơ bước.
Khối xử lý trung tâm và các module mở rộng: Là khối xử lý chính các tín hiệu của hệ thống. Giúp giao tiếp với cảm biến, thu thập và xử lý tất cả các tín hiện thu về từ cảm biến. Tính toán xử lý xuất tín hiệu ra các chân Output để điều khiển các động cơ, van khí nén, đèn tín hiệu... Ngoài ra tạo kết nối với SCADA để giám sát hệ thống.
Khối cảm biến: xử lý và gửi tín hiệu cho PLC.
Nguồn cấp khí: cung cấp khí cho các van khí nén
Van khí nén: điều khiển các xylanh.
Khối động cơ, van điện từ: Động cơ cho các băng tải, động cơ bước. Van điện từ đảm nhiệm việc rót sơn vào lon sơn.
Xylanh: Tạo ra các chuyển động, đảm nhận việc cấp lon, cấp nắp, đóng nắp, đẩy lon và cơ cấu trộn và đẩy lon ra.
Khối SCADA giám sát hệ thống: Khối này có chứng năng chính là giao tiếp giữa con người với hệ thống, giúp vận hành, giám sát quá trình hoạt động của hệ thống, thông báo các lỗi xảy ra để nhanh chóng khắc phục.
3.2.4. Sơ đồ kết nối
Bảng 3.1 Bảng địa chỉ ngõ vào/ra PLC và ký hiệu các thiết bị sử dụng
Module Địa chỉ Ký hiệu Thiết bị Relay điều
khiển
CPU 1212C DC/DC/DC
I0.0 S1 Cảm biến lưu lượng 1 (đỏ) I0.1 S2 Cảm biến lưu lượng 2 (trắng) I0.2 S3 Cảm biến lưu lượng 3 (vàng) I0.3 S4 Cảm biến lưu lượng 4 (xanh)
I0.4 B1 Nút nhấn START
I0.5 B2 Nút nhấn STOP
I0.6 B3 Nút nhấn RESUME
I0.7 B4 Nút nhấn PAUSE
Q0.0 Chân phát xung PTO
Q0.1 Chân điều hường PIR
Q0.2 V1 Van điện từ nước 1 (đỏ) K1
Q0.3 V2 Van điện từ nước 2 (trắng) K2
Q0.5 V4 Van điện từ nước 4 (xanh) K4
SM 1223 8DI/8DO
I8.0 B5 Nút nhất Emergency Stop
I8.1 S5 Cảm biến phát hiện 1 (vị trí chiết rót)
I8.2 S6 Cảm biến phát hiện 2 (vị trí đóng nắp)
I8.3 S7 Cảm biến phát hiện 3 (vị trí trộn sơn)
Q8.0 M1 Động cơ băng tải chính K5
Q8.1 M2 Động cơ băng tải phụ K6
Q8.2 D1 Đèn báo Start
Q8.3 D2 Đèn báo Stop
Q8.4 D3 Đèn báo Pause
Q8.5 D4 Đèn báo hoàn tất
Q8.6 D5 Còi báo hoàn tất
SM 1223 8DI/8DO
Q12.0 X1 Xylanh cấp lon
Q12.1 X2 Xylanh cấp nắp
Q12.2 X3 Xylanh đóng nắp
Q12.3 X4 Xylanh đẩy lon vào cơ cấu trộn Q12.4 X5 Xylanh đẩy lon ra cơ cấu trộn
Sơ đồ mạch động lực
Hình 3.4 Sơ đồ mạch động lực 24VDC
Sơ đồ kết nối PLC
Hình 3.6 Sơ đồ kết nối module SM 1223 8DI/8DO (a)
Hình 3.8 Sơ đồ kết nối nguồn cấp khí với xy lanh
3.2.5. Lưu đồ giải thuật
3.2.6. Giải thuật chiết rót sơn.
Với yêu cầu đề tài đề ra mỗi lon sơn chứa thể tích 110ml dung dịch sơn đảm bảo độ đồng đều về màu sắc, chính xác về tỉ lệ với sai số nhỏ nhất có thể. Nhóm đã đưa ra giải pháp :
Sử dụng cảm biến lưu lượng đọc thể tích dòng chảy bằng cách dùng High Speed Counter đọc số xung trả về từ cảm biến.
Dùng công thức tính lưu lượng dòng chảy để xử lý tỷ lệ xung lẻ sau khi chia giảm thiểu mức độ sai số từ giới hạn của khả năng đọc xung từ cảm biến lưu lượng.
Công thức tính lưu lượng dòng chảy: [27]
𝑄 = 𝐴. 𝑣 (l/s) Với: A : Tiết diện ống
v : Tốc độ dòng chảy
Đường kính ống dẫn sơn: 4mm
Chiều cao từ đáy bể đến mặt đất: 0.5m Gia tốc trọng trường: 9.81m/s2
𝑄 = 𝜋 ∗ 0.0022∗ √2 ∗ 9.81.0.5 = 39.3 𝑚𝑙/𝑠
Theo tốc độ dòng chảy được tính toán, dựa theo thể tích mỗi xung đếm của cảm biến lưu lượng, sau khi đếm đủ số xung chẳn, phần lẻ của xung sẽ được quy đổi thành thời gian delay để đóng ngắt van.
3.2.7. Giải thuật cấp và đóng nắp
Ở đề tài lần này nhóm đưa ra giải pháp cấp nắp như sau: sử dụng 1 xy lanh để đẩy nắp vào vị trí miệng lon, vào sử dụng xy lanh để tạo lực ép chặt lên nắp.
3.2.8. Giải thuật trộn sơn
Kết hợp với cơ cấu chiết rót và đóng nắp, nhóm đưa ra giải pháp trộn sơn sau quá trình đóng nắp. Sau khi lon sơn đã được rót đầy đủ thể tích tỉ lệ màu cần thiết và đóng nắp, hệ thống sẽ chuyển bước đến giai đoạn trộn sơn.
Sử dụng động cơ servo quay đủ số xung đã cài trước để hoàn thành lần quay, đảm bảo vị trí đúng để cho các xy lanh đẩy lon ra, đẩy lon vào hoạt động được chuẩn.
Lựa chọn thiết bị trong mô hình
3.3.1. Cảm biến lưu lượng
Dựa trên cơ sở tính toán giải thuật chiết rót – chọn cảm biến lưu lượng sau.
Tên cảm biến: Cảm biến lưu lượng YF-S201
Thương hiệu: YIFA
Mục đích: Đo lượng sơn chảy xuống lon ở khâu chiết rót.
Khi nước chảy qua van cảm biến làm động cơ quay dẫn đến sự thay đổi trạng thái đầu ra của cảm biến Hall, đầu ra tín hiệu xung.
Hình 3.13 Hoạt động của cảm biến lưu lượng
Hình 3.14 Cảm biến lưu lượng YF-S201 - Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp làm việc: 5-24V
+ Dòng điện tối đa:15mA (Với đầu vào 5V)
+ Loại đầu ra: 5V TTL
+ Trọng lượng :43g
+ Giới hạn lưu lượng: 1-30 lít/phút.
+ Nhiệt độ làm việc :0-80 độ C
+ Độ chính xác :90%
+ Ký hiệu dây cảm biến: - Đen: GND
- Đỏ: VCC
- Vàng: Tín hiệu ra của Hall sensor
Trong đó:
Q: Lưu lượng nước
F: Tần số tín hiệu đầu ra (Hz) 7.5: Hằng số
Ví dụ: 1 lít nước sẽ có công thức: 1𝑥7.5𝑥60 = 450 xung => 1 xung = 2.22ml Như vậy để chiết rót 110ml sơn cần 50 xung với chính xác 99.1%. [28]
3.3.2. Cảm biến vật cản hồng ngoại
Tên cảm biến: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
Thương hiệu: OMDHON
Mục đích: Nhận biết vị trí của lon, dừng băng tải khi cảm biến phát hiện lon đã
đến vị trí của các khâu.
Tính năng: Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 dùng ánh sáng hồng
ngoại để xác định khoảng cách tới vật cản cho độ phản hồi nhanh và rất ít nhiễu do sử dụng mắt nhận và phát tia hồng ngoại theo tần số riêng biệt. Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở treo lên nguồn ở chân output khi sử dụng.
Hình 3.15 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
Thông số kỹ thuật:
+ Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC. + Khoảng cách phát hiện: 5 ~ 30cm.
+ Dòng kích ngõ ra: 300mA.
+ Ngõ ra dạng NPN cực thu hở giúp tùy biến được điện áp ngõ ra, trở treo lên áp bao nhiêu sẽ tạo thành điện áp ngõ ra bấy nhiêu.
+ Chất liệu sản phẩm: nhựa. + Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ. + Kích thước: 1.8cm (D) x 7.0cm (L). + Sơ đồ dây:
- Xanh dương: GND - Nâu: VCC supply - Đen: Tín hiệu ra [29]
3.3.3. Van điện từ nước
Hình 3.16 Van điện từ nước UNI-D UW15
Tên thiết bị: Van điện từ nước UNI-D UW15
Thương hiệu: Uni-D
Mục đích: Đóng ngắt van chảy sơn ở khâu chiết rót.
Thông số kỹ thuật:
+ Nhiệt độ thiết kế: 5 đến 80°c + Áp suất làm việc: 0 đến 7kgf/cm² + Chất liệu: Đồng thau, inox 304 + Port size: 3/4" inch
+ Đường kính: 15mm
+ Kiểu kết nối với đường ống: Kiểu ren + Kiểu tác động: Tác động trực tiếp + Trạng thái của van: Van thường đóng + Nguồn điện sử dụng: 24VDC [30]
3.3.4. Van điện từ Airtac
Hình 3.17 Van điện từ Airtac 4V210-08
Tên thiết bị: Van điện từ Airtac 4V210-08 (Van 5/2)
Thương hiệu: Airtac
Mục đích: dùng để đóng mở đường dẫn của khí nén và điều chỉnh hướng của khí
nén, từ đó điều khiển hoạt động của xylanh đóng nắp
Thông số kĩ thuật:
+ Điện áp: 24VDC
+ Kích thước cổng: 1/4''.(ren 13). + kích thước cổng xả: 1/8" (ren 9.6). + Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa.
+ Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí. (1 đầu coil điện) + Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)
+ Dòng series 4V200 có 3 loại như sau: + Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC. [31]
3.3.5. Xylanh tròn PVN
Hình 3.18 Xylanh tròn PVN Pneumatic Equipment
Mục đích: Đẩy lon vào trong hộp lắc Thông số kĩ thuật: + Kích thước cổng: ren 9,6mm (1/8”) + Áp suất: 0.1~1Mpa(1~9kg) + Nhiệt độ: - 20~70 oC [32] 3.3.6. Động cơ giảm tốc
Tên thiết bị: Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919
Thương hiệu: Tsukasa
Mục đích: Động cơ quay băng tải chính và động cơ băng tải cấp nắp.
Hình 3.19 Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919
Thông số kỹ thuật:
+ Điện áp định mức: 24VDC. + Điện áp làm việc: 12V - 24VDC. + Dòng điện khi không tải: 100mA. + Dòng điện khi có tải là: 500mA. + Tốc độ khi không tải:134 vòng/phút. + Tốc độ khi có tải: 83 vòng/phút. + Tỉ lệ giảm tốc:1/40.
+ Momen định mức: 7,5 kgf.cm. + Momen xoắn tối đa: 13 kgf.cm. + Công suất tiêu thụ: 12W. [33]
3.3.7. Động cơ bước
Ở khâu trộn sơn, để thỏa yêu cầu quay chính xác số vòng quay và kéo tải khoảng 500g thì nhóm chúng em quyết định chọn động cơ bước size 42 loại 17HS8401 để