CHƯƠNG 4 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG
4. 12 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, động cơ quay hộp lắc, động cơ băng tải cấp
nắp.
❖ Thông số kỹ thuật:
Điện áp định mức: 24VDC. Điện áp làm việc: 12V - 24VDC. Dịng điện khi khơng tải: 100mA. Dịng điện khi có tải là: 500mA. Tốc độ khi khơng tải:134 vịng/phút. Tốc độ khi có tải: 83 vịng/phút. Tỉ lệ giảm tốc:1/40.
Momen định mức: 7,5 kgf.cm. Momen xoắn tối đa: 13 kgf.cm.
4. 5 Thiết bị trong đủ điện 4. 5. 1 PLC 4. 5. 1 PLC
❖ Tên thiết bị: SIMATIC S7-1200, CPU 1212C DC/DC/DC (compact CPU)
❖ Thương hiệu: Simens
❖ Mục đích: Lưu trữ hệ điều hành, chương trình ứng dụng, là nơi diễn ra q trình tính tốn xử lý thơng tin theo thuật tốn điều khiển đã được cài đặt bởi người lập trình.
❖ Thơng số kĩ thuật:
Điện áp nguồn cấp: 24VDC 8 ngõ vào số, 6 ngõ ra số
2 ngõ vào tương tự, 0 ngõ ra tương tự Có thể mở rộng thêm 2 module tín hiệu SM
4. 5. 2 Module S7-1200 SM 1223 8DI/8DO
❖ Tên thiết bị: Mô đun SIMATIC S7-1200 DIGITAL INPUT SM 1223 8DI /8DO 24V (6ES7223-1BH30-0XB0).
❖ Mục đích: Mở rộng ngõ vào và ra để đáp ứng nhu cầu sử dụng của hệ thống.
❖ Thương hiệu: Simens
4. 5. 3 Module S7-1200 SM 1222 16 DO Relay
❖ Tên thiết bị: Mô đun SIMATIC S7-1200, DIGITAL OUTPUT SM 1222, 16 DO RELAY (6ES7222-1HH30-0XB0).
❖ Mục đích: Mở rộng ngõ ra để đáp ứng nhu cầu sử dụng của hệ thống.
4. 5. 4 Bộ nguồn
❖ Mục đích: Chuyển nguồn xoay chiều thành nguồn một chiều để cung cấp cho CPU, các module mở rộng và các thiết bị cảm biến.
❖ Bộ nguồn Meanwell SP-200-24
❖ Thơng số kĩ thuật:
Dịng ngõ ra DC: 0~8.4A Công suất: 200W
Điện áp ngõ vào AC: 85~264VAC Hiệu suất: 85%
Nhiệt độ hoạt động: -10 ~ 60°C
Phương thức làm mát: được làm mát bằng quạt DC. Kích thước (mm): 199x99x50mm
4. 5. 5 Relay
❖ Tên thiết bị: Relay Omron G2R-1-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)
4. 5. 6 Cầu đấu dây 2 tầng
❖ Tên thiết bị: Double level terminal blocks JUKK 5
❖ Thương hiệu: Linkwell
❖ Mục đích: sử dụng để kết nối các đầu cuối của các thiết bị điện để tạo ra một
mạch điện.
❖ Thông số kĩ thuật:
Dòng sản phẩm Domino 2 tầng Chất liệu : PA66, Brass
Cáp sử dụng : 0.2~2.5mm2 Kiểu nối dây : Bắt vít
Kiểu lắp đặt : Gắn thanh rail DIN 35mm
4. 5. 7 Board Arduino UNO R3
❖ Cấu trúc chung:
Aruduino Uno là một bo mạch vi điều khiển dựa trên chip ATmega 168 hoặc ATmega 328. Cấu trúc chung bao gồm:
14 chân vào ra bằng tín hiệu số, trong đó có 6 chân có thể dử dụng để điều chế độ rộng xung.
Có 6 chân đầu vào tín hiệu tương tự cho phép chúng ta kết nối với các bộ cẩm biến bên ngoài để thu thập số liệu.
Sử dụng một dao động thạch anh tần số dao động 16Mhz.
Có 1 cổng kết nối bằng chuẩn USB để chúng ta nạp chương trình vào bo mạch và một chân cấp nguồn cho mạch, một nút reset.
Nó chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển, nguồn cung cấp cho Arduino có thể là từ máy tính thơng qua cổng USB hoặc là từ bộ
nguồn chuyên dụng được biến đổi từ xoay chiều thành một chiều hoặc là nguồn lấy từ pin.
Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit
Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16 MHz
Dòng tiêu thụ khoảng 30mA
Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC
Điện áp vào giới hạn 6-20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500 mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
SRAM 2 KB (ATmega328)
EEPROM 1 KB (ATmega328)
4. 5. 8 Ethernet W5100 Arduino
❖ Tên thiết bị: SHIELD ETHERNET W5100 ARDUINO
❖ Thương hiệu: Arduino
❖ Mục đích: Thực hiện truyền dữ liệu từ arduino qua PLC S7-1200 của hãng
Simens thơng qua giao thức modbus TCP/IP.
❖ Tính năng: Shiel Ethernet W5100 Arduino có IC điều khiển W5100 có thể
thực hiện truyền dữ liệu thông qua 2 giao thức là TCP và UDP. Số đường truyền dữ liệu song song tối đa là 4.
❖ Thông số kỹ thuật:
Để sử dụng phải có board mạch Arduino đi kèm
Hoạt động tại điện áp 5V (được cấp từ mạch Arduino) Chip Ethernet: W5100 với buffer nội 16KB
Tốc độ kết nối: 10/100Mb
Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI
4. 5. 9 Thiết bị chuyển mạch mở rộng hệ thống mạng
❖ Tên thiết bị: Switch 5 port Tenda 100m
❖ Thương hiệu: Tenda
❖ Mục đích: cho phép các thiết bị kết nối với nhau qua mạng Ethernet
❖ Thông số kĩ thuật: Màu: trắng Tốc độ kết nối: 100Mbps Số cổng ethernet: 5 cổng Kích thước: 13.09 x 15.9 Trọng lượng: 0.17kg
Chuẩn giao tiếp: IEEE 802.3, IEEE 802.3u, IEEE 802.3x
Phương pháp truyền dẫn (Transmission Method): Store-and-Forward Giao thức bảo mật: CSMA/CD
CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ THỰC HIỆN
5. 1 Kết quả giao diện SCADA
❖ Giao diện Log in
Sử dụng tính năng User Administration trong WINCC Professional nhằm thiết lập bảo vệ truy cập cho dữ liệu và chức năng ở chế độ Runtime.
Hình 5.1: Màn hình trang chủ
Thao tác trong giao diện:
Log in: đăng nhập vào hệ thống. Có 2 quyền đăng nhập vào hệ thống:
+ Quyền ADMIN: có tất cả các quyền bao gồm chọn màu sơn, số lượng, điều khiển các nút nhấn và sử dụng chức năng thêm mã màu mới.
+ Quyền User: không thể thực hiện chức năng thêm màu mới.
Activated: khóa các chức năng khi chưa đăng nhập và kích hoạt các chức năng sau khi đăng nhập.
Color: chuyển đến giao diện chọn màu sơn và số lượng. Data: chuyển đến giao diện dữ liệu màu.
5Exit: Thoát khỏi chế độ Runtime.
❖ Giao diện chọn màu và số lượng sản phẩm:
Giao diện này cung cấp cho người dùng một bảng màu với 73 màu sắc có tỉ lệ pha trộn khác nhau. Nhấn chọn vào từng màu trên bảng màu sẽ hiển thị được tỉ lệ pha màu trong bảng setting, nhập vào số lượng lon, nhấn Confirm, sau đó chuyển đến giao diện vận hành.
Thao tác trong giao diện:
Chọn 1 trong 73 màu có trong bảng màu Nhập số lượng lon vào ô Quantity.
+ Nếu số lượng nhập vào bằng 0, sẽ có thơng báo u cầu nhập lại.
+ Nếu số lượng lớn hơn 0, sẽ có thơng báo xác nhận lần cuối và tự động chuyển đến giao diện vận hành.
Data: chuyển đến giao diện màu.
Operation: chuyển đến giao diện vận hành.
❖ Giao diện bảng dữ liệu màu
Giao diện thể hiện tỉ lệ phần trăm của các màu đỏ, vàng, xanh dương và trắng của từng mã màu sử dụng trong mơ hình. Có thể thêm màu mới với tỉ lệ mới, yêu cầu tổng bốn tỉ lệ của bốn màu phải bằng 100%, nếu không sẽ hiển thị cảnh báo. Màu mới sẽ được hiển thị trong bảng Setting của giao diện chọn màu.
Thao tác trong giao diện:
Chọn New để thêm vào mã màu mới Nhập vào tỉ lệ mong muốn
Nhấn Add để thêm vào bảng. Nếu tỉ lệ sai sẽ hiển thị hộp thoại cảnh báo. Nhấn Clear để xóa màu vừa được thêm vào.
❖ Giao diện SCADA và mô phỏng
Đây là giao diện SCADA giám sát từng quy trình của hệ thống đồng thời cịn có chức năng hiển thị mô phỏng hoạt động của hệ thống này.
Trong q trình hệ thống hoạt động sẽ có bảng Control Panel các nút nhấn điều khiển :
+ Nhấn nút START để hệ thống bắt đầu làm việc một cách
Hình 5.8: Giao diện mơ phỏng và SCADA
+ 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.
STATUS : Thể hiện trạng thái các đền Progress, Stop, Pause, EMO
Trong khi hệ thống đang hoạt động, bảng hiển thị trạng thái sản phẩm (Progress) sẽ chỉ ra :
• ID là mã màu sơn đang sản xuất
• Setting là số lượng lon sơn đã nhập
• Current Con là số lon sơn đang trên băng tải
• Current là số lon sơn đã được hồn thành
VOLUME TANK: Thể thích sơn hiện tại của các bể, ở chế độ mô phỏng thể tích của các bể màu là 1000
Hình 5.9: Bảng hiển thị trạng thái số lượng sản phẩm
Color ID là mã màu đã chọn
Quantity là số lon đã chiết rót và trộn sơn hồn thành
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 và
Hình 5.11: Giao diện thơng báo hồn thành
Khi pha đủ số lượng lon u cầu. Buzzer_Done hoạt động, có màn hình thơng báo trên SCADA. Thông tin về ID màu sơn, số lượng lon, thời gian hoàn thành, thời gian thực hiện sẽ gửi và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu SQL.
5. 2 Kết quả cơ sở dữ liệu SQL
Cơ sở dữ liệu gồm 2 bảng chính:
Bảng lưu lại quá trình sản xuất sơn: gồm ID màu sơn, số lượng lon yêu cầu, thời gian pha sơn, tổng thời gian thực hiện.
Bảng lưu trữ thể tích bể: gồm thể tích bể sơn đỏ, thể tích bể sơn đỏ, thể tích bể sơn xanh, thể tích bể sơn vàng và thời gian cập nhật.
Hình 5.13: Database lưu trữ quá trình sản xuất trong phần mềm SQL server
Bảng 5.2: Kết quả lưu trữ dữ liệu sản phẩm đã hoàn thành Bảng 5.4: Bảng dữ liệu thơng tin thể tích các bể màu Bảng 5.4: Bảng dữ liệu thơng tin thể tích các bể màu
5. 3 Kết quả pha sơn và đánh giá
• Cơng suất sản xuất thực nghiệm 5 lon trong vịng 298s (chế độ mơ phỏng) . Vậy dự kiến trong vòng 1 giờ có thể sản xuất được khoảng 60 lon ở chế độ mơ phỏng
• Hệ thống chạy liên tục vì thế có thể tăng năng suất so với các hệ thống trước đây
• Khi chọn cùng một mã màu, màu sắc và thể tích đồng nhất giữa các lon.
5. 4 Những công việc đã làm được
Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu, nhóm em đã hồn thành được những cơng việc :
• Về phần lý thuyết :
Hiểu được lý tổng quan về thành phần cấu tạo màu sơn và phân loại các loại sơn phổ biến hiện nay .
Hiểu được vận hành hệ thống sản xuất sơn và quy trình pha màu sơn trong các nhà máy sơn hiện nay.
Hiểu được mục địch, tính năng các thiết bị sử dụng trong mơ hình, tính tốn và lựa chọn các thiết bị phù hợp cho dây chuyền sản xuất.
• Về phần chương trình điều khiển :
Hiểu được đặc điểm, cách thực hiện chương trình điều khiển bằng PLC, tập lệnh lập trình.
Chương trình điều khiển bằng PLC hoạt động ổn định, chính xác, có thể xử lý hầu hết các lỗi có thể xảy ra.
Tạo lập được giao diện điều khiển giám sát SCADA trực quan và dễ dàng vận hành, có thể lưu trữ, thu thập các dữ liệu vào cơ sở dữ liệu SQL và xuất báo cáo về quá trình sản xuất trên local web.
Biết được các bước để thực hiện giao tiếp giữa vi điều khiển Arduino với PLC thông qua chuẩn Modbus TCP/ IP.
Biết được cách thiết kế trang webserver điều khiển và giám sát hoạt động PLC từ xa thơng qua trình duyệt web
5. 5 Những mặt hạn chế
Bộ phận cấp lon và cấp nắp chưa chứa được nhiều lon và nắp. Chưa có khâu đóng thành thùng , dán nhãn và mã vạch
Màu pha của sản phẩm mang tính chính xác tương đối vì dựa vào thị giác và độ chính xác của cảm biến lưu lượng.
CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRIỂN
6. 1 Kết luận
Trong q trình thực hiện đồ án tốt nghiệp nhóm em đã học thêm nhiều các kiến thức mới, tích lũy thêm vốn kiến thức cho bản thân từ Thầy Cơ, Bạn Bè, Sách Vở, Internet,…Tích lũy thêm những việc làm thực tế, kĩ năng làm việc nhóm cùng nhau phát triển. Hơn hết làm cố gắng tìm ra biện pháp để phục vụ cuộc sống phát triển hơn.
6. 2 Hướng phát triển
Mở rộng dây chuyền để có thể pha được các loại sơn có dung tích lớn hơn. Phát triển thêm khâu dán nhãn hoặc khắc nhãn, mã vạch, ngày sản xuất bằng laser, khâu đóng thùng các sản phẩm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] S7-1200 Programmable controller - System Manual – SIEMENS. [2] Datasheet SIMATIC S7 - 1200, CPU 1212C 6ES7212-1AE40-0XB0 [3] Datasheet SIMATIC S7-1200, DIGITAL I/O SM 1223, 8DI / 8DO, 8DI DC 24V (6ES7223-1BH32-0XB0)
[4] Datasheet SIMATIC S7-1200, DIGITAL OUTPUT SM 1222, 16 DO, RELAY 2A (6ES7222-1HH30-0XB0)