S7-200 Simulator 2.0 là một trong những phần mềm dùng để mơ phỏng hoạt động của PLC sau khi đƣợc nạp chƣơng trình. Chúng ta cĩ thể mơ phỏng chƣơng trình đã viết bằng cách sử dụng phần mềm này mà khơng cần đến PLC. Để chạy mơ phỏng, ta chỉ cần thực thi File S7- 200.exe.
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Cách sử dụng: Nhấn Load PLC -> Accept. Xuất hiện cửa sổ Open -> chọn file S7- 200 đuơi *.Awl
Hình 2. 29. Load PLC
Sau khi chọn file *.Awl, nhấn Open, cửa sổ KOP xuất hiện. Nhấn nút RUN để chạy mơ phỏng. Làm việc với các nút nhấn để thể hiện ngõ vào. Để dừng mơ phỏng ta nhấn nút STOP.
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Chương 3.Thiết kế, thi cơng mơ hình chiết rĩt đĩng nút chai tự động của đề tài 3.1. Các hệ thống, mơ hình chiết rĩt cĩ trong thực tế
Các sản phẩm dƣới dạng lỏng sau khi đƣợc sản xuất, chế biến cần phải đƣợc chứa trong những bình chứa cĩ dung tích nhất định. Cĩ nhiều loại hình dáng bình chứa tùy theo năng suất yêu cầu và đặc tính của loại chất lỏng cần thiết ta cĩ các thiết bị khác nhau.
Khi cần chiết với năng suất cao thì các máy chiết tự động cĩ thể cĩ 2,3,6,8… vịi chiết đồng thời và sử dụng những thiết bi vận chuyển chai là băng tải, hoặc nếu kích thƣớc thùng chứa lớn cĩ thể dùng con lăn để vận chuyển.
3.1.1. Máy chiết – Đĩng nắp chai PET500ml
Hình 3.1.Máy chiết rĩt trong thực tế
- Kết cấu máy dạng quay trịn gián đoạn, thực hiện chiết rĩt và đĩng nắp tự động . - Kích thƣớc máy : Máy chiết rĩt -siết nắp : L 2400 x W (830+830) x H 2000. - Cấp chai bằng tay.
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
- Số vịi rửa : 02 vịi.
- Đƣờng kính cổ chai sản phẩm : 28mm hoặc 25/30 tùy khách hàng chọn. - Cắp nắp tự động trên máy chiết chai và xiết nắp
- Dung tích chai : 500 ml , 1.5 lít - Năng suất: 1000-1500 chai/giờ
- Điện áp sử dụng : 220/380V,1 pha hoặc 3 pha - Cơng suất sử dụng: 1,5 – 2Kw/h
- Băng tải đầu ra : 2 m - Trọng lƣợng máy : 600 kg
3.1.2. Máy xốy nắp chai SK-40
Chuyên sử dụng để xốy đĩng nắp các loại nắp nhựa chai nhựa, nắp nhơm chai thủy tinh, nắp chai rƣợu, nắp chai nƣớc tinh khiết.
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Thơng số kĩ thuật máy xốy nắp chai SK-40 : - Điện áp : 220V/50Hz
- Năng suất : 1000chai/h
- Chiều cao của chai : 180-300 mm - Đƣờng kính : 20 – 50 mm
- Cơng suất : 0.37 Kw
- Kích thƣớc máy (DxRxC) : 480 x 200 x 880mm - Trọng lƣợng : 49kg
3.1.3. Máy chiết piston tự động
Máy sử dụng phƣơng pháp định lƣợng bằng Piston, tƣơng ứng với mỗi đầu chiết rĩt là một piston.
Bảng 3. 1. Các thơng số của máy chiết piston tự động
Thơng số YZG – 8A200 YZG – 8A500
Dung tích chiết 50 – 200ml 100 – 500ml
Sản lƣợng chiết 3000-7200chai/h 2400-8000chai/h
Lƣợng khí vào 0.5m3/ phút 1m3/ phút
Độ sai số +- 1% +- 1%
Áp lực chiết 0.8Mpa 0.8Mpa
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
3.2. Cấu tạo mơ hình của đề tài
Qua phân tích các hệ thống chiết rĩt cĩ trong thực tế, xây dựng lên mơ hình chiết rĩt đĩng nút chai tự động gồm cĩ các bộ phận sau:
Cụm vận chuyển chai Định lƣợng Cụm chiết rĩt Cụm cấp nút chai Cụm xoắn nút chai Đếm sản phẩm
Ngồi ra mơ hình cịn cĩ các bộ phận khác nhƣ: khung bàn, bộ điều khiển, bộ chấp hành, thiết bị điện…
3.3. Quy trình hoạt động và sơ bộ nguyên lý hoạt động của mơ hình 3.3.1. Quy trình hoạt động 3.3.1. Quy trình hoạt động
BĂNG TẢI 1 CHIẾT RĨT HỆ THỐNG
QUAY CỤM ĐỊNH LƢỢNG XOẮN NẮP BĂNG TẢI 2 ĐẾM SẢN PHẨM
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Ở cụm định lƣợng ta cĩ thể thực hiện theo hai cách sau:
- Cách 1: sử dụng lƣu lƣợng kế để chiết rĩt lƣợng nƣớc đúng với thể tích của chai.
- Cách 2: sử dụng timer trên phần mềm để điều khiển thời gian chiết rĩt nƣớc vào chai
Trong mơ hình sử dụng cách 2: lập trình sử dụng timer để chiết rĩt với thời gian chiết t=5s.
3.3.2. Sơ bộ nguyên lý hoạt độngcủa hệ thống
TỰ ĐỘNG: Quá trình chiết rĩt diễn ra hồn tồn tự động
Cấp nguồn cho hệ thống. Nhấn START thì hệ thống hoạt động, băng tải 1(BT1) và băng tải 2 (BT2) bắt đầu hoạt động. Cấp chai lên BT1. Nếu BT1 đƣa chai đến chạm vị trí cảm biến chiết rĩt thì BT1 dừng lại đồng thời hệ thống chiết rĩt bắt đầu làm việc trong khoảng thời gian t1=5s, trong khoảng thời gian này hệ thống lấy nút cũng bắt đầu làm việc. Sau 5s hệ thống chiết rĩt dừng lại, đĩa xoay hoạt đơng để đƣa chai đến vị trí xoắn nút và thực hiện trong vịng 3s. Sau 3s hệ thống xoắn nút dừng làm việc, đĩa xoay tiếp tục xoay để đƣa chai ra băng tải 2. Khi chạm vị trí cảm biến ở BT2 thì đĩa xoay
Chiết rĩt HT xoay BT 1 BT 2 CB đếm SP Xoắn nút Chai Hình 3.3. Nguyên lý hoạt động
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
dừng lại chai đƣợc BT2 đƣa đến vị trí đếm sản phẩm. Kết thúc quá trình. Nhấn STOP dừng hệ thống.
BẰNG TAY: Tƣơng tự nhƣ chế dộ tự động, chế độ bằng tay đƣợc trình bày nhƣ sau:
Cấp nguồn cho hệ thống. Nhấn START thì hệ thống hoạt động, băng tải 1(BT1) và băng tải 2 (BT2) bắt đầu hoạt động. Cấp chai lên BT1. Nếu BT1 đƣa chai đến chạm vị trí cảm biến chiết rĩt thì BT1 dừng lại, nhấn nút 1 để thực hiện chiết rĩt , trong khoảng thời gian này hệ thống lấy nút cũng bắt đầu làm việc. Sau 5s nhả nút 1, nhấn nút 2 để đĩa xoay hoạt động đƣa chai đến vị trí xoắn nút. Nhấn nút 3 thực hiện xoắn nút trong vịng 3s. Sau 3s hệ thống xoắn nút dừng làm việc, đĩa xoay tiếp tục xoay để đƣa chai ra băng tải 2. Khi chạm vị trí cảm biến ở BT2 thì đĩa xoay dừng lại chai đƣợc BT2 đƣa đến vị trí đếm sản phẩm. Kết thúc quá trình. Nhấn STOP dừng hệ thống.
3.4. Thiết kế, thi cơng mơ hình. 3.4.1. Cụm vận chuyển chai 3.4.1. Cụm vận chuyển chai
Hiện nay cĩ rất nhiều các thiết bị vận chuyển liên tục nhƣ: trục dẫn động, dây xích, băng tải, máng…với nhiều kích thƣớc khác nhau phù hợp với từng loại sản phẩm. Trong đề tài yêu cầu vận chuyển chai nên sử dụng băng tải là phù hợp.
3.4.1.1. Băng tải
Phƣơng án chọn hệ thống truyền động
Phƣơng án 1: Sử dụng hộp giảm tốc 2 cấp để truyền động cho động cơ với băng tải.
- Ƣu điểm: Hiệu suất cao, hộp giảm tốc 2 cấp nên chính xác hơn. - Nhƣợc điểm: Kích thƣớc bộ truyền lớn, khĩ chế tạo hộp giảm tốc.
Sơ đồ sử dụng hộp giảm tốc 2 cấp để truyền động cho động cơ với băng tải đƣợc trình bày nhƣ hình 3.5:
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
1.Động cơ 2.Khớp nối 3.Bộ truyền xích 4.Hộp giảm tốc 5.Con lăn trục dẫn động 6.Băng tải 7.Con lăn trục bị động.
Phƣơng án 2: Sử dụng động cơ cĩ sẵn hộp số
Hiện nay trên thị trƣờng cĩ nhiều loại động cơ mà trong đĩ đã chế tạo sẵn hộp giảm tốc, chính vì thế việc sử dụng rất tiện lợi, khơng cần chế tạo hộp giảm tốc riêng. Yêu cầu của hệ thống chiết ở đây là đảm bảo đƣợc lƣu lƣợng chiết nhƣng khơng cần thiết phải cĩ một vận tốc băng tải thật chính xác mà tốc độ băng tải cĩ thể nằm trong một phạm vi cho phép, chính vì thế ta cĩ thể dễ dàng lựa chọn động cơ trên thị trƣờng. Từ những phân tích đĩ quyết định chon phƣơng án 2 sử dụng động cơ đã cĩ hộp giảm tốc. 6 5 7 4 3 2 1
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Hình 3. 5. Động cơ cĩ sẵn hộp số `
1.Động cơ 2.Hộp giảm tốc 3.Con lăn trục dẫn động 4.Băng tải 5. Con lăn trục bị động. 6. HT xích
Thơng số kỹ thuật
- Băng tải 1: dài x rộng = 28 x 12 (cm). Con lăn trục dẫn động và trục bị động làm từ thép khơng gỉ, cĩ đƣờng kính d=3cm.
- Băng tải 2: dài x rộng = 52 x 12 (cm). Con lăn trục dẫn động và trục bị động làm từ thép khơng gỉ, cĩ đƣờng kính d=3cm. 4 3 5 2 1 6
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Hình 3. 6. Băng tải 3.4.1.2. Hệ thống đĩa xoay
Phƣơng án truyền động
Hình 3. 7. Hệ thống truyền động đĩa xoay
1. Động cơ 2. Hộp số 3. Vành đĩa
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Thơng số kỹ thuật
- Trục chính: cĩ đƣờng kính 1cm, cao 50cm làm từ chất liệu thép khơng gỉ, cố định bằng các đai ốc. Bánh răng lớn đƣờng kính 6,5cm gắn liền với trục. Dây xích truyền động cĩ chiều dài 12cm.
- Hai vành đĩa: cĩ đƣờng kính 30cm làm từ chất liệu mica trắng. Khoang chứa chai cĩ bán kính 3,5cm. Khoảng cách giữa hai vành đĩa 8,5cm.
Hình 3. 8. Hệ thống đĩa xoay 3.4.2. Cụm chiết rĩt
3.4.2.1. Hệ thống truyền động
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Cơ cấu truyền động đƣợc trình bày nhƣ sau:
Hình 3. 9. Xy-lanh XAL01
- Đầu cấp hơi cĩ đƣờng kính 4mm.
- Thân xy lanh đƣợc kết cấu từ nhơm cứng, dài 13cm. - Trục động dung để dẫn động vịi chiết, dộ dài 8,5cm. - Sử dụng hơi từ bình nén khí.
3.4.2.2. Vịi chiết
Phƣơng án chon vịi chiết
Phương án 1: Chọn vịi chiết ngắn Đầu cấp hơi Thân xy-lanh Trục động Hình 3.10. Vịi chiết ngắn 7cm 9cm 2cm 8cm
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Phƣớng án này sử dụng cho các chất chiết rĩt dạng lỏng nhƣ: nhớt, sữa, chất lỏng khơng cĩ gas, chất lỏng khơng bọt…
Phương án 2: chọn vịi chiết dài
Hình 3. 11. Vịi chiết dài
Phƣơng án này sử dụng cho các chất chiết dạng lỏng cĩ gas, cĩ bọt. Cĩ thể điều chỉnh vịi chiết trong quá trình chiết.
Trong đề tài chiết rĩt chất lỏng là nƣớc, là mơ hình thực hành nên khơng yêu cầu cơng nghệ cao và phức tạp. Vì vậy chọn phƣơng án 1 để thiết kế đơn giản hơn.
Nguyên lý hoạt động: khi cần thay đổi khoảng cách từ vịi chiết đến miệng chai, xy-lanh khí nén sẽ đƣợc tác động để đƣa tồn bộ khung di chuyển lên hoặc xuống đến khoảng cách phù hợp.Chỉ cần đĩng mở xy-lanh.
Thơng số kỹ thuật
- Đƣờng kính ống chiết 2cm, dài 9cm làm từ nhựa polymer tổng hợp, gắn liền với trục dẫn động của xy-lanh chiết
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
3.4.3. Cụm cấp nút
Cụm chứa nút chai cĩ nhiệm vụ cấp nút theo máng dẫn xuống nơi đặt nút để xy- lanh lấy nút. Trên khoang đƣợc gắn một cảm biến để phát hiện nút chai cĩ trong khoang hay khơng.
Phƣơng án thiết kế
Phương án 1: Cấp nút theo kiểu bàn xoay
Hình 3. 12. Cấp nút theo bàn xoay
1. băng tải đưa chai vào 2. cấp nắp 3. vị trí đóng nắp 5. cơ cấu xoay chai 6. băng tải vận chuyển chai ra.
- Ƣu điểm: diện tích sử dụng khơng lớn, cấp nút thuận tiện. - Nhƣợc điểm: phức tạp trong quá trình chế tạo và điều khiển.
Phương án 2: Cấp nút theo khoang cĩ độ nghiêng 45 độ.
Nút trƣợt theo máng nghiêng xuống nơi cấp nút cho hệ thống xoắn. Nếu nút bị lật úp thì khơng thể trƣợt xuống máng đƣợc. Thiết kế đơn giản nhƣng đảm bảo hệ
1 2 3 4 6 5
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
thống vẫn hoạt động bình thƣờng vì cịn cĩ cảm biến phát hiện nút. Vì vậy chọn phƣơng án 2 cho thiết kế cụm cấp nút.
Hình 3. 13. Cấp nút theo độ nghiêng Thơng số kỹ thuật - Cao 34cm, rộng 24cm. - Trụ làm từ sắt ống, mặt ốp alu trắng, cố định bằng ốc vít. 3.4.4. Cụm xoắn nút Yêu cầu: - Nút đƣợc cấp tự động cho bộ phận xoắn nút - Bộ phận xoắn nút tự động vặn nút 1 2 3 Hình 3.14. Hình ảnh thực tế cụm cấp nút
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
3.4.4.1. Hệ thống truyền động
Sử dụng hệ truyền động piston nhƣ đã trình bày ở trên (ở đây sử dụng 2 xy lanh). Ngồi ra, hệ thống cịn sử dụng xy-lanh CYB1 và thanh ray để dẫn động hệ thống.
Hình 3. 15. Hệ truyền động dung xy lanh XAL01 3.4.4.2. Miệng xoắn
- Miệng xoắn sử dụng động cơ hộp số 24V để xoắn nhằm đảm bảo tốc độ khi xoắn.
- Khoảng cách lấy nút 25cm. - Đƣờng kính miệng xoắn 3cm. - Khoảng cách xoắn 12cm.
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
3.4.5. Cụm đếm sản phẩm
- Khối nguồn :
Mạch sử dụng nguồn nuơi DC 5V - Khối điều khiển:
Sử dụng vi điều khiển AT89C52 - Khối hiển thị :
Gồm 2 led 7 đoạn :
+ 1 Led hiển thị số đếm sản phẩm + 1 Led hiển thị số đếm lơ sản phẩm - Khối thu, phát hồng ngoại
- Chƣơng trình
Code đƣợc viết bằng ngơn ngữ assembly Linh kiện điện rử sử dụng trong mạch: - IC AT89C52
- Thạch anh 11,0592 MHz - Tụ điện
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
- Điện trở, điện trở thanh, biến trở - Tranzitor C1815
- Nút nhấn - LED 7 đoạn - Đèn báo nguồn
…
Nguyên lý hoạt đơng:
Khi chai chạy qua vị trí đặt hồng ngoại, hồng ngoại nhận tín hiệu để đƣa đến vi điều khiển. Led 7 đoạn đếm sản phẩm sẽ đếm lên 1. Cứ tuần tự nhƣ vậy. Khi Led đếm số sản phẩm lên 4 thì Led đếm số lơ sản phẩm sẽ lên 1 (vì cứ 4 chai ta mặc định 1 lơ hàng). Muốn đặt lại giá trị đếm ban đầu, nhấn nút RESET.
Mạch sử dụng họ IC 89 đƣợc trình bày nhƣ hình 3.18:
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
3.4.6. Cụm bảng điều khiển 3.4.6.1. Bảng điều khiển chính
Hình 3. 18. Bảng điều khiển chính
- Là nơi chứa các nút nhấn điều khiển mơ hình và các đèn báo hiển thị quá trình hoạt động. Đƣợc chia thành 2 khối: khối mơ đun PLC và khối điều khiển
- Kích thƣớc: rộng 30cm, dài 1m. Trên mặt khoan lỗ để gắn các thiết bị điện và các thiết bị hiển thị.
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
3.4.6.2. Bảng điện mơ-đun kết nối
Hình 3. 20. Bảng điện mơ-đun kết nối
- Làm từ vật liệu gỗ ép mica trắng. Trên này chứa tất cả các thiết bị điện sử dụng để điều khiển mơ hình.
- Thiết kế theo kiểu mơ-đun dàn trải thí nghiệm thực hành.
- Kích thƣớc: rộng 67cm, dài 1,2m. Cố định bằng ốc vít gắn vào khung đỡ mơ hình.
3.4.7. Khối giá đỡ mơ hình
- Làm từ khung thép khơng gỉ.
- Chân đế cao 0,8m, mặt ngang 1,2m. 4 trục chống đỡ mơ hình, mỗi trục cao 0,5m.
- Thiết kế trục để làm điểm tựa cho các hệ thống: băng tải, chiết rĩt, xoắn nút, đĩa xoay… Liên kết bởi các thanh nhơm ống cố định bằng bu long ốc vít. Hình ảnh thực tế đƣợc trình bày nhƣ hình 3.22, 3.23:
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Hình 3. 21. Khung đỡ mơ hình nhìn tổng quát
GVHD: Ths. Nguyễn Thị Ngọc Soạn
Chương 4. Lập trình điều khiển 4.1. Sơ đồ đấu dây và các đầu vào/ra
Sơ đồ đấu dây PLC
Hình 4.1. Sơ đồ đấu dây PLC S7-200 CPU 224
Các đầu vào/ra
Bảng 4. 1. Địa chỉ vào/ra của chương trình