Nguyên lý hoạt động của relay

+ Tên thiết bị: Relay Omron G2R-2-SND 24VDC.

+ Thương hiệu: Omron.

+ Mục đích: sử dụng để điều khiển hoạt động của các van điện từ nước và động cơ quay băng tải, động cơ trộn, động cơ băng tải cấp nắp.

- Thông số kĩ thuật:

+ Nguồn cuộn dây: 24VDC 10A.

+ Nguồn của các tiếp điểm: 250VAC 10A/ 30 VDC 10A. + Nhiệt độ vận hành: -400C – 700C.

+ Kiểu đầu nối: chân hàn. + Tiếp điểm: SPDT (NO+NC).

* Van điện từ

- Khái niêm: Van điện từ là một thiết bị cơ điện, dùng để kiểm sốt dịng chảy chất khí hoặc lỏng dựa vào nguyên lý chặn đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ.

Hình 4.18: Van điện từ. (Nguồn internet) - Cấu tạo van điện từ

+ Van điện từ là thiết bị hoạt động điện cơ được vận hành và điều chỉnh bởi dịng điện thơng qua tác dụng lực của điện từ. Van khí nén có khá nhiều loại, chính vì vậy tùy theo yêu cầu kỷ thuật của mỡi van như tính chất, nhiệt độ của chất lỏng hoặc khí... Mà cấu tạo van điện từ cũng khác nhau.

+ Thường có 2 loại van là van điện từ 2 cửa và 3 cửa. Nếu là van 2 cửa, cửa vào - cửa ra và sẻ thay phiên nhau đóng (cửa vào mở thì cửa ra sẻ đóng và ngược lại). Nếu van 3 cửa, 2 cửa sẻ thay phiên nhau đóng mở giúp van hoạt động. Ở các hệ thống thiết kế máy phức tạp người ta thường sử dụng nhiều van động từ ghép lại với nhau theo nguyên thích hợp nhất định.

35

Hình 4.19: Bản vẻ kĩ thuật van điện từ. (Nguồn internet) Chú thích:

1) Thân Van: làm bằng đồng hoặc nhựa...

2) Mơi chất: khí (khí nén, gas) hay chất lỏng (nước, dầu). 3) Ớng rỡng (lưu chất chưa qua).

4) Vỏ ngồi cuộn hít (để bảo vệ cuộn điện). 5) Cuộn từ (cuộn dây từ).

6) Dây điện được kết nối với nguồn điện bên ngoài.

7) Trục van làm kính (bình thường lị xo ở số 8 sẻ tác động ép kính, làm cho van ở trạng thái đống.

8) Lò xo.

9) Khe hở để lưu chất đi qua.

- Nguyên lý hoạt động: Về cơ bản thì nguyên lý hoạt dộng của van điện từ hoạt động theo 1 nguyên lý chung như sau:

+ Có 1 cuộn điện trong đó có 1 lõi sắt và 1 lò xo nén vào lõi sắt, trong khi đó lõi sắt lại tì lên đầu 1 giăng bằng cao su. Bình thường nếu khơng có điện thì lị xo ép vào lõi sắt, van sẽ ở trạng thái đóng.

+ Nếu chúng ta tiếp điện, tức là cho dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường sẽ tác động làm hút lõi sắt ra, từ trường này có lực đủ mạnh để thắng được lò xo, lúc này van mở ra.

+ Hầu hết các van điện từ thường đóng được hoạt động dựa vào nguyên lý này. Nguyên lý hoạt động của van điện từ thường mở cũng hoạt động tương tự như thế.

* Contactor

- Khái niệm: Contactor (Cơng tắc tơ) hay cịn gọi là khởi động từ là khí cụ điện hạ áp, thực hiện việc đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực. Contactor là thiết bị điện đặc biệt quan trọng trong hệ thống điện. Nhờ có contactor ta có thể điều khiển các thiết bị như động cơ, tụ bù, hệ thống chiếu sáng,... thông qua nút nhấn, chế độ tự động hoặc điều khiển từ xa.

- Cấu tạo: Contactor bao gồm 3 bộ phận chính:

+ Nam châm điện gồm có các chi tiết: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm, lõi sắt, lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu.

+ Hệ thống dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mịn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang.

+ Hệ thống tiếp điểm: gồm có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ.

⚫ Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dịng điện lớn đi qua. Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện làm mạch từ hút lại.

⚫ Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dịng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường mở.

◼ Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện). Tiếp điểm này mở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường mở.

37

◼ Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển của Contactor.

- Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn trong mạch điện điều khiển bằng với giá trị điện áp định mức của Contactor vào hai đầu cuộn dây quấn trên phần lõi từ đã được cố định trước đó thì lực từ sinh ra sẽ hút phần lõi từ di động và hình thành mạch từ kín (lúc này lực từ sẽ lớn hơn phản lực của lò xo). Contactor bắt đầu trạng thái hoạt động.

◼ Nhờ bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm sẽ làm cho tiếp điểm chính đóng lại và tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (khi thường đóng sẽ mở ra và khi thường hở sẽ đóng lại), trạng thái này sẽ được duy trì. Khi nguồn điện ngưng cấp cho cuộn dây thì contactor ở trạng thái nghỉ và các tiếp điểm lại trở về trạng thái ban đầu.

4.4 Giới thiệu phần mềm lập trình cho PLC S7-1200

- Để thực hiện viết code cho PLC S7 – 1200 ta cần có phần mềm chuyên dụng là TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal).

- Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ. Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa. Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm. Tích hợp tự động hóa tồn diện (TIA) của Siemens. Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7 để lập trình các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính.

- Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu của khách hàng trên toàn thế giới. Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lập trình của

Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính tồn vẹn cho ứng dụng. Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền thông bây giờ đã có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ. Hướng ứng dụng, các khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ dự án, chẩn đốn lỡi, các tính năng online là những đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ liệu TIA Portal. Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA portal. Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này.

- Ở đây nhóm sử dụng TIA Portal V15 để thực hiện lập trình và thiết kế giao diện giám sát cho PLC S7 – 1200.

Hình 4.20: Biểu tượng TIA Portal V15 trên màn hình Desktop.

* Cách tạo một project

- Từ màn hình desktop Click mở file Tia Portal V15.

Hình 4.21: Phần mềm tia portal. - Click vào “Create new project”. - Click vào “Create new project”.

- Project name: Tên của chương trình cần lưu. - Path: Chọn đường dẫn để lưu chương trình.

39 - Click vào “Create”.

Hình 4.22: Giao diện tia portal. - Click vào “Configure a device”. - Click vào “Configure a device”.

- Click vào “Add new device”.

Hình 4.24: Giao diện tia portal.

- Click PLC/Simatic S7-1200/CPU/”CPU 1214C DC/DC/DC”/6ES7 214-1AG40- 0XB0.

41 - Click “Add”:

CHƯƠNG 5. THI CÔNG SẢN PHẨM

Theo dự kiến nhóm sẽ xây dựng một hệ thống mô hình vật lý thành phẩm nhưng do dịch COVID ngày càng căng thẳng nên nhà trường đã hỗ trợ cho sinh viên làm mô hình mô phỏng. Mô hình mô phỏng này được nhóm tìm hiểu và thực hiện đồng thời cũng được sự hướng dẫn kĩ càng từ giảng viên và các anh chị đi trước nên nhóm đã hoàn thành đồ án đúng thời gian.

5.1 Mô hình mô phỏng

Hình 5.1: Mô phỏng hệ thống chiết rót và đóng nắp chai.

5.2 Chương trình PLC của mơ phỏng

Gồm 2 phần: Chương trình chính và chương trình con. - Chương trình chính:

43

Hình 5.2: Chương trình chính PLC.

+ Click vào “Start simulation” để mở màn hình giao diện Unconfigured PLC (SIM- 1200).

+ Click Start search/Load.

Hình 5.4: Giao diện Extended download to device. + Click Load. + Click Load.

45

+ Click vào mục No action chọn Start module/Finish.

Hình 5.6: Giao diện Load results. - Chương trình con: gồm 2 phần chính - Chương trình con: gồm 2 phần chính

+ Chương trình điều khiển hệ thống chiết rót và đóng nắp.

47

+ Chương trình điều khiển hệ thống trộn nguyên liệu.

Hình 5.9: Chương trình điều khiển trộn nguyên liệu. + Lưu đồ thuật toán hệ thống trộn nguyên liệu.

- Sau khi đã nạp xong chương trình cho PLC ta tiếp tục mở chương trình HMI lên bằng cách click vào HMI_RT_1/Screens/Add new screen để mở màn hình HMI.

Hình 5.11: Thư mục HMI_RT_1 - Ta được giao diện HMI. - Ta được giao diện HMI.

49 * Cách tạo các thiết bị.

- Đầu tiên ta chọn symbol.

Hình 5.13: Mục Elements. - Click vào symbols và kéo ra màn hình ta được một động cơ. - Click vào symbols và kéo ra màn hình ta được một động cơ.

- Hoặc vào graphics để chọn nhiều thiết bị hơn.

Hình 5.15: Mục graphics.

51 - Chọn mục containers để lấy chai.

Hình 5.17: Tạo chai nước. - Chọn mục Material handling để lấy máy đóng nắp chai. - Chọn mục Material handling để lấy máy đóng nắp chai.

-Chọn mục Conveyors, Mics để lấy băng tải.

Hình 5.19: Tạo băng tải. -Vào mục sensors để lấy cảm biến.

53 - Chọn mục pipes để lấy ống.

Hình 5.21: Tạo ống nước - Chọn mục Tanks để lấy bồn chứa.

Hình 5.22: Tạo bồn chứa.

Hình 5.23: Mục basic objects. - Mơ hình Chiết rót và đóng nắp chai hồn chỉnh. - Mơ hình Chiết rót và đóng nắp chai hồn chỉnh.

55

- Click vào Start simulation để chạy thử chương trình Mô phỏng.

Hình 5.25: Giao diện Chương trình HMI. - Mã Code của chương trình HMI: - Mã Code của chương trình HMI:

+ Code băng tải chạy: Click vào Scripts/C Scipts/BanTaiChay.

+ Code tạo hiệu ứng chạy cho chương trình HMI: Click vào Scripts/C Scipts/HieuUngChay.

Hình 5.27: Mã Code tạo hiệu ứng chạy.

+ Code nhập và xả nguyên liệu: Click vào Scripts/C Scipts/NguyenLieu.

57

CHƯƠNG 6. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN

6.1 Kết quả đạt được

- Thiết kế thành cơng mơ hình mơ phỏng chiết rót và đóng nắp chai. - Sử dụng PLC để xây dựng hệ thống điều khiển.

- Sử dụng HMI để mơ phỏng mơ hình 2D. - Mơ hình hoạt động ổn định, linh hoạt. - Giảm sử dụng nhân công lao động tay chân.

- Lập chương trình PLC điều khiển mô mình thông qua 2 chế độ (Auto, Manual).

6.2 Kết luận

Sau một thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài với sự tận tình chỉ bảo thầy Nghiêm Hồng Hải , cùng với sự nỡ lực của nhóm đến nay em đã hoàn thành đầy đủ các công việc mà đề tài tốt nghiệp yêu cầu. Trong q trình làm việc em đã tích lũy được một số kiến thức đế có thể nhanh chóng nắm bắt được những kiến thức cơ bản về PLC cũng như ứng dụng trong điều khiển để từ đó có thể nắm bắt được những cơng nghệ chiết rót và đóng nắp trong các nhà máy.

Dây chuyền chiết rót và đóng nắp sản phẩm tin cậy được các nhà doanh nghiệp trong và ngoài nước đem vào sản xuất là điều mà nhóm muốn thực hiện được. Tuy nhiên nhóm còn hạn chế về kiến thức và do tình hình khách quan dịch Covid nên nhóm chỉ có thể thi công trên mô hình mô phỏng, dù vậy nhóm cũng tìm hiểu cơ chế hoạt động và nguyên lý giống như trong thực tế.

TÀI LIỆU KHAM THẢO

- Tài liệu kham thảo sách:

1. Ths. Nguyễn Vạn Quốc. Lập trình PLC. Trường Đại học công nghệ TP.HCM, ấn bản 2016.

2. Ts. Lê Ngọc Bích. SCADA. Trường Đại học công nghệ TP.HCM, ấn bản 2016. 3. Hoàng Vân Ninh. Truyền động điện. Trường Đại học công nghệ TP.HCM, ấn bản 2016.

- Tài liệu kham thảo nguồn internet:

59

PHỤ LỤC PHẦN MỀM

- Chương trình chính PLC

Hình I: Chương trình chính PLC. - Chương trình con PLC - Chương trình con PLC

+ Chương trình trộn nguyên liệu:

Hình III: Chương trình trộn nguyên liệu.

61

Hình V: Chương trình trộn nguyên liệu.

+ Chương trình chiết rót và đóng nắp:

Hình VII: Chương trình chiết rót và đóng nắp.

63

Hình IX: Chương trình chiết rót và đóng nắp.

Hình X: Chương trình chiết rót và đóng nắp.

- Code băng tải chạy:

#include "GlobalDefinitions.h" void BanTaiChayHU()

{

//Insert the code starting here if(GetTagBit("BangTai")==1) { if(GetTagBit("BangTaiChay")==1) SetTagBit("BangTaiChay",FALSE); else SetTagBit("BangTaiChay",TRUE); } }

- Code hiệu ứng chạy:

#include "GlobalDefinitions.h" void Hieu_Ung_Chay()

{

int Effect = GetTagWord("HieuUng"); switch(Effect) { case 0: SetTagBit("Nap",FALSE); SetTagBit("CamBienRotDay",FALSE); SetTagWord("MucNuoc",0); SetTagBit("CamBienChietRot",FALSE);

65 SetTagBit("DongNapThanhCong",FALSE); SetTagBit("Nhan",FALSE); if(GetTagBit("BangTai")==TRUE) IncreaseTag("DiChuyen",1); if(GetTagWord("DiChuyen")>14) { SetTagBit("CamBienChietRot",TRUE); IncreaseTag("HieuUng",1); } break; case 1: if(GetTagBit("VanChiet")==TRUE) { IncreaseTag("MucNuoc",1); if(GetTagWord("MucNuoc")==12) { SetTagBit("CamBienRotDay",TRUE); IncreaseTag("HieuUng",1); } } break; case 2: if(GetTagBit("BangTai")==TRUE) IncreaseTag("DiChuyen",1); if(GetTagWord("DiChuyen")>38) { SetTagBit("CamBienDongNap",TRUE);

IncreaseTag("HieuUng",1); } else { SetTagBit("CamBienDongNap",FALSE); } break; case 3://if(GetTagBit("CamBienDongNap")==TRUE) //SetTagWord("DongNap",100); if(GetTagBit("DongNapBit")==TRUE) SetTagWord("DongNap",100); if(GetTagWord("DongNap")==100) { SetTagBit("Nap",TRUE); } if(GetTagBit("Nap")==TRUE) { SetTagWord("DongNap",0); IncreaseTag("HieuUng",1); } break; case 4: SetTagBit("DongNapThanhCong",TRUE); if(GetTagBit("BangTai")==TRUE) IncreaseTag("DiChuyen",1);

67 { SetTagBit("Nhan",TRUE); } break; }

if(GetTagWord("DiChuyen")>14 && GetTagWord("DiChuyen")<18) { SetTagBit("CamBienChietRot",TRUE); } else { SetTagBit("CamBienChietRot",FALSE); }

if(GetTagWord("DiChuyen")>38 && GetTagWord("DiChuyen")<42) { SetTagBit("CamBienDongNap",TRUE); } else { SetTagBit("CamBienDongNap",FALSE); }

if(GetTagWord("DiChuyen")>90 && GetTagWord("DiChuyen")<94) {

SetTagBit("CamBienDemSoLuong",TRUE); } else { SetTagBit("CamBienDemSoLuong",FALSE); } if(GetTagWord("DiChuyen")>94) { IncreaseTag("SoLuongSanPham",1); SetTagWord("DiChuyen",0); SetTagWord("HieuUng",0); } }

- Code trộn nguyên liệu:

void NguyenLieu() {

//Insert the code starting here int nl1 = GetTagWord("NguyenLieu1"); int nlc1=GetTagWord("NguyenLieuCai1"); int nl2=GetTagWord("NguyenLieu2"); int nlc2=GetTagWord("NguyenLieuCai2"); int nl3=GetTagWord("NguyenLieu3"); int nlc3=GetTagWord("NguyenLieuCai3");

69 SetTagWord("NguyenLieu1",nlc1); if(nl2>nlc2) SetTagWord("NguyenLieu2",nlc2); if(nl3>nlc3) SetTagWord("NguyenLieu3",nlc3); if(GetTagBit("VanNguyenLieu1")==1) { if(nl1<nlc1) { IncreaseTag("NguyenLieu1",1); ResetBit("VanNguyenLieu1"); } } if(GetTagBit("VanNguyenLieu2")==1) { if(nl2<nlc2) { IncreaseTag("NguyenLieu2",1); ResetBit("VanNguyenLieu2"); } } if(GetTagBit("VanNguyenLieu3")==1)

{ if(nl3<nlc3) { IncreaseTag("NguyenLieu3",1); ResetBit("VanNguyenLieu3"); } }