Tải bản đầy đủ (.pdf) (186 trang)

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.87 MB, 186 trang )



TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG
ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG
Giáo viên hướng dẫn : TS. Nguyễn Tuấn Phường
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Phú
Vũ Đức Mạnh
Lớp: Trang bị điện CN & GTVT
Khóa :K58

Msv : 171502282
Msv : 171512277




Hà nội 2021




TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI KHOA
ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

------------


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG
ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Phú
Vũ Đức Mạnh
Lớp: Trang bị điện trong CN và GTVT
Khóa: K58
Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tuấn Phường




Hà Nội – 2021




ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI: Thiết kế hệ thống điều khiển cho hệ thống đóng nắp chai tự động
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Phú
Vũ Đức Mạnh
Lớp: TBĐ trong CN và GTVT

Khóa: K58

Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Tuấn Phường
Ngày nhận đề tài: …/…/2021

Ngày bảo vệ: …/…/2021


I. Mục tiêu của đề tài, phạm vi đề tài
- Mục tiêu:
+Nhìn nhận tính cấp thiết và vai trị quan trọng của việc điều khiển và giám sát
hệ thống chiết rót.
+Tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu, các mơ hình hiện tại liên quan tới đề
tài để so sánh, cải tiến
+ Nắm được khả năng lập trình PLC
+ Thiết kế được SCADA giám sát trên PLC S7 - 1200
+ Ứng dụng PLC vào điều khiển các hệ thống tự động
- Phạm vi:
+ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống chiết rót chai tự động.
+Nghiên cứu và ứng dụng lập trình PLC điều khiển tự động hệ thống.
+Nghiên cứu và ứng dụng các phần mềm thiết kế cơ khí, điện và khí nén ứng
dụng vào việc thiết kế và chế tạo mơ hình có khả năng ứng dụng thực tế.

II. Phương pháp nghiên cứu, lựa chọn giải pháp cơng nghệ
-Phân tích và tổng hợp lý thuyết, kiến thức đã học tại trường.
-Tham khảo tài liệu, hỏi đáp giáo viên hướng dẫn.




-Viết chương trình, chạy mơ phỏng chương trình
-Cụ thể:


Tìm hiểu PLC S7-1200 phần cứng và tập lệnh.







Viết chương trình điều khiển bằng phần mềm TIA PORTAL



Mơ phỏng giám sát trên phần mềm wincc

III. Nội dung nghiên cứu: 5 chương
Chương 1: Tổng quan về dây chuyền công nghệ
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Tính tốn hệ thống và lựa chọn thiết bị
Chương 4: Lựa chọn thiết bị mạch điều khiển trung tâm
Chương 5 : Kết quả - Nhận xét – Đánh giá và hướng phát triển.
IV.Các bản vẽ , đồ thị
- Sơ đồ mạch động lực
- Sơ đồ mạch điều khiển
- Sơ đồ mạch điều khiển khí nén
- Bản vẽ tủ điện
- Bản vẽ thuật tốn và chương trình




Mục lục
DANH MỤC HÌNH ẢNH

1


DANH MỤC BẢNG

2

LỜI NĨI ĐẦU

1

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ

2

1.1 Đặt vấn đề

2

1.2 Lí do chọn đề tài

2

1.3 Mục tiêu

2

1.4 Nội dung nghiên cứu

3

1.5 Bố cục


3

1.6 Giới hạn

3

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tổng quan về dây chuyền chiết rót

4
4

2.1.1 Giới thiệu

4

2.1.2 Các hệ thống chiết rót có sẵn trên thị trường

5

2.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG

8

2.2.1 PLC là gì ?

8

2.2.2 Cấu tạo của PLC


8

2.2.3. Đặc điểm và vai trò của PLC

9

2.2.4 Tính tốn số lượng đầu vào đầu ra cho hệ thống
2.3 LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN PLC

10
12

2.3.1 Giới thiệu về PLC S7 – 1200

12

2.3.2. Các thành phần chính của PLC S7 – 1200

13

2.3.3 Module mở rộng PLC S7 – 1200

13




2.3.4 Các tính năng nổi bật của PLC S7 – 1200

14


2.3.5 Lựa chọn PLC

15




CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN HỆ THỐNG VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
3.1

Yêu cầu về hệ thống
......................................................................................
3.2
Mô tả hệ thống
...............................................................................................
3.3
Lựa chọn băng tải
..........................................................................................
3.3.1
Các loại băng tải
.......................................................................................
3.3.2
Lựa chọn băng tải cho hệ thống
................................................................
3.4
Lựa chọn biến tần và động cơ cho hệ thống
...............................................
3.4.1 Biến tần OMRON 3G3JX
.........................................................................

3.4.2
Động cơ băng tải
.......................................................................................
3.4.3
Động cơ mâm xoay
...................................................................................
3.4.4
Động cơ vặn nắp
.......................................................................................
3.4.5
Động cơ bơm nước
...................................................................................
3.5 Cảm biến trong dây chuyền
.........................................................................
3.6
Hệ thống điều khiển xylanh , khí nén
..........................................................
3.6.1
Máy nén khí
..............................................................................................
3.6.2
Van đảo chiều
...........................................................................................
3.6.3
Xylanh khí nén
..........................................................................................
3.7
Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ
....................................................................
3.7.1

Lựa chọn aptomat
.....................................................................................
3.7.2
Lựa chọn role trung gian
...........................................................................
3.7.3
Lựa chon contactor
...................................................................................

.....................
15
15
16
17
17
19
19
19
22
23
24
24
26
31
31
31
34
38
38
40

42




3.7.4

Lựa chọn role nhiệt
...................................................................................
3.7.5
Nút ấn
.......................................................................................................
.
3.7.6
Đèn báo
.....................................................................................................
3.8 Mạch điều khiển trung tâm
..........................................................................

46
48
50
50




3.8.1

Sơ đồ hoạt động của hệ thống 50

...................................................................
3.8.2 Sơ đồ mạch lực ......................................................................................... 51
3.8.3 Bản vẽ tủ điện ........................................................................................... 52
CHƯƠNG 4 : LẬP TRÌNH VÀ MƠ TẢ HỆ THỐNG
53
................................................
4.1 Sơ đồ khối hệ thống ....................................................................................... 53
4.1.1 Khối chiết rót ............................................................................................ 53
4.1.2 Khối cấp nắp ............................................................................................. 53
4.1.3

Khối đóng nắp 54
...........................................................................................
4.1.4
Khối phân loại 54
...........................................................................................
4.1.5 khối xử lí trung tâm .................................................................................. 54
4.1.6 Khối nguồn 24VDC
56
..................................................................................
4.2 Sơ đồ mạch điều khiển trung tâm ................................................................ 58
4.3

Lưu đồ thuật tốn 60
..........................................................................................
4.4 Tính tốn tốc độ chuyển động ...................................................................... 61
4.4.1 Tốc độ băng tải vào ra .............................................................................. 61
4.4.2 Tốc độ mâm xoay ..................................................................................... 62
4.5 Các phần mềm hỗ trợ ................................................................................... 62
4.5.1 TIA Portal ................................................................................................. 62

4.5.2 WinCC professional .................................................................................. 63
4.6 Điều khiển và giám sát .................................................................................. 63
4.6.1 Các cổng vào ra trong hệ thống ................................................................ 63
4.6.2 Thiết kế giao diện giám sát ....................................................................... 65
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN
..............................................................................................

66




5.1 Kết quả đạt được ........................................................................................... 66
5.2 Hạn chế
...........................................................................................................

66




5.3 Hướng phát triển

67

LỜI KẾT

67

TÀI LIỆU THAM KHẢO


68

PHỤ LỤC I : SỐ LIỆU ĐẦU VÀO TỐT NGHIỆP

69

PHỤ LỤC II : CHƯƠNG TRÌNH, BẢN VẼ CƠ KHÍ, MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ
MẠCH ĐIỀU KHIỂN

69




DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2. 1 Máy chiết rót bằng bơm bánh răng

5

Hình 2. 2Máy chiết rót bằng bơm piston

6

Hình 2. 3 Máy chiết rót bằng trục vít

6

Hình 2. 4 Máy chiết rót bằng lưu lượng kế


7

Hình 2. 5 Máy chiết rót kiểu đối lưu

7

Hình 2. 6 Cấu tạo cơ bản của PLC

8

Hình 2. 7 PLC S7 - 1200

12

Hình 3. 1 Mơ tả hệ thống

16

Hình 3. 2 Băng tải PVC

17

Hình 3. 3 Băng tải con lăn

18

Hình 3. 4 Biến tần omron 3G3JX

21


Hình 3. 5 Sơ đồ đấu nối biến tần

21

Hình 3. 6 Băng tải trong nhà máy

22

Hình 3. 7 Cảm biến đo lưu lượng dơng chảy ........................................................................
Hình 3. 8 Cảm biến hồng ngoại

29

Hình 3. 9Cảm biến phát hiện nước khơng tiếp xúc

30

Hình 3. 10 Cảm biến từ

30

Hình 3. 11 Van đảo chiều

32

Hình 3. 12 Van khí nén AIRTAC 4V210-08

34

Hình 3. 13 Xylanh kép


36

Hình 3. 14 Sơ đồ điều khiển khí nén

37

Hình 3. 15 Các loại aptomat

38

Hình 3. 16 Aptomat LS BKN 6A 6kA 3P

40

Hình 3. 17 Rơ le 24vDC 8 Chân

41




Hình 3. 18 Rơ le trung gian RJ2S CL D24

42

Hình 3. 19 Contactor – Khởi động từ

43


Hình 3. 20 cấu tạo contactor

43




Hình 3. 21 MC 6A – Contactor LS 3P 6A ........................................................................ 4
5
Hình 3. 22 Rơ le nhiệt........................................................................................................ 4
6
Hình 3. 23 Cấu tạo rơ le nhiệt ........................................................................................... 4
7
Hình 3. 24 Một số loại nút ấn ............................................................................................ 4
9
Hình 3. 25 Sơ đồ hoạt động cảu hệ thống .............................................................................
Hình 3. 26 Sơ đồ mạch lực ................................................................................................ 5
1
Hình 3. 27 Bản vẽ tủ điện .................................................................................................. 5
2
Hình 4. 1 Sơ đồ khối hệ thống ......................................................................................................53
Hình 4. 2 Nguồn 24vDc ................................................................................................................ 56
Hình 4. 3 Sơ đồ kết nối hệ thống ..................................................................................................59
Hình 4. 4 Lưu đồ thuật tốn ..........................................................................................................60
Hình 4. 5 Kết nối giữa PLC và WINCC .......................................................................................65
Hình 4. 6 Giao diện giam sát SCADA

66

DANH MỤC BẢNG


Bảng 3 1 :Thông số động cơ băng tải

23

Bảng 3 2 Thông số động cơ mâm quay

23

Bảng 3 3 Thông số đppmgk cơ LS 220 24VDC

24

Bảng 3 4 Thông số kĩ thuật máy bơm nước

26

Bảng 3 5 Thông số xilanh kép TDA 10- 40 MCP

37

Bảng 3 6 Thông số kỹ thuật một sơ loại Relay

41

Bảng 3 7 Thơng só Role RJ2S CL D24

42

Bảng 3 8 Thông số kĩ thuật Contartor LD 3P 6A


46




LỜI NĨI ĐẦU

Hiện nay vai trị của Điều khiển và Tự động hóa trong nền kinh tế quốc dân và sự
nghiệp phát triển của xã hội là cực kỳ to lớn. Tự động hóa mang lại nhiều tiện ích
trong mn màu muôn vẻ của cuộc sống văn minh hiện đại. Chính vì thế Đảng và
Nhà nước ta đã xác định tự động hóa là một trong bốn hướng cơng nghệ cao cần
ưu tiên phát triển. Góp phần vào cơng cuộc phát triển đó là các dịng, các bộ điều
khiển trở nên nhỏ gọn và tiện ích
Là sinh viên theo học chuyên ngành “Trang Bị Điện Công Nghiệp ” cùng những
nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà, em muốn được
nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội biết thêm
về kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp công
nghiệp hóa hiện đại hóa. Vì những lý do trên em đã chọn đề tài: “HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG”.
Nội dung của bản thuyết minh đồ án:
-

Mô tả công nghệ, nguyên lý hoạt động của hệ thống đóng nắp chai tự động

trong sản xuất
- Tính chọn các thiết bị động lực
- Xây dựng mơ hình dây chuyền chiết rót, đóng nắp chai nước giải khát điều khiển bằng
- Tính tốn lựa chọn thiết bị điều khiển
- Thiết kế hệ thống điều khiển cho mơ hình dây chuyền.

- Xây dựng mơ hình mơ phỏng
Hà Nội, ngày … tháng … năm 2021

Sinh viên
Nguyễn Văn Phú
Vũ Đức Mạnh




1




CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
1.1 Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử
mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trị hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa
học kỹ thuật, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và
vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát triển khoa
học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động
nói riêng. Một trong những dây chuyền sản xuất tự đơng hóa đó là dây chuyền chiết rót
sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC ( Programmable Logic Controller). Sau khi tìm hiểu,
nghiên cứu về các đề tài và cơng trình trước đây, nhóm quyết định chọn đề tài: “THIẾT
KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG ” để
nghiên cứu và thực hiện đề tài tốt nghiệp
Đề tài là quá trình khảo sát nghiên cứu và thiết kế SCADA cho hệ thống chiết
rót một bộ phận quan trọng trong các quy trình sản xuất.
1.2 Lí do chọn đề tài

Ngày nay, nền khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển, làm cho mỗi người chúng
ta phải không ngừng nâng cao kiến thức chuyên môn cũng như khả năng nắm bắt các
thông tin mới trong nước và trên thế giới để áp dụng vào trong lao động sản xuất. Ngành
tự động hóa ln là lĩnh vực đi đầu trong cơng nghệ mới, ln địi hỏi phải được đầu tư
nghiên cứu để có thể đáp ứng được xu thế mới.
Với nhu cầu muốn học hỏi các kiến thức mới để áp dụng vào trong thực tiễn, cùng với
kiến thức học tại trường, chính vì vậy chúng em đã quyết định chọn đề tài “THIẾT
KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG ĐÓNG NẮP CHAI TỰ”.
1.3 Mục tiêu
Với đề tài này mục tiêu mà nhóm đề ra để giải quyết các công việc như sau:
- Nghiên cứu ứng dụng và giao tiếp giữa PLC.
- Thiết kế được hệ thống chiết rót.




- Thiết kế được hệ SCADA công nghiệp
2




1.4 Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Tìm hiểu và tham khảo các tài liệu, giáo trình, nghiên cứu các chủ đề, nội
dung liên quan và đưa ra phương pháp thực hiện đề tài.
Nội dung 2: Tìm hiểu về PLC S7 – 1200 và phần mềm lập trình.
Nội dung 3: Thiết kế giải thuật điều khiển, lập trình PLC, thiết kế giao diện giám sát trên
Wincc.
Nội dung 4: Thử nghiệm, điều chỉnh phần mềm, thu thập kết quả qua những lần thử
nghiệm

Nội dung 5: Viết quyển báo cáo tốt nghiệp.
Nội dung 6: Báo cáo đồ án tốt nghiệp
1.5 Bố cục
Chương 1: Tổng quan
Chương này trình bày, đặt vấn đề, dẫn nhập lý do chọn đề tài, mục tiêu, nội dung nghiên
cứu, các giới hạn thông số và bố cục đồ án.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Giới thiệu tổng quan về dây chuyền chiết rót, PLC S7- 1200
Chương 3: Tính tốn hệ thống và lựa chọn thiết bị
tính tốn và thiết kế các thiết bị cần cho hệ thống: Động cơ băng tải , động cơ bơm nước
động cơ mâm xoay, động cơ vặn nắp ,các thiết bị đóng ngắt , cảm biến , xylanh khí nén
Chương 4: Lập trình và mơ phỏng hệ thống
Viết chương trình cho hệ thống, thiết kế giao diện giám sát
Chương 5 : Kết quả - Nhận xét
Nêu kết quả đạt được, đánh giá tính ổn định của hệ thống và các chức năng liên quan.
1.6 Giới hạn
-Dây chuyền chiết rót qui mơ nhỏ.
- Chiết rót mỗi lần 1 chai.




- Chưa đảm bảo độ chính xác của từng thiết bị.
- Được điều khiển và giám sát trên Wincc

3





-Các biện pháp an toàn điện: hệ thống được thiết kế chống giật trên toàn hệ thống và
các thiết bị điện khác đạt chuẩn. Nút tắt khẩn cấp khi có sự cố xảy ra. -Điện áp sử dụng:
3 pha 380V, 50Hz
-

Ông dẫn nước : ống chịu áp lực cao bằng PVC hoặc bằng thép không gỉ 304 (tùy theo

yêu cầu thiết kế), đảm bảo an toàn vệ sinh, khơng đóng cặn, gỉ sét và gây ra các nấm mốc

vi sinh.
-

Tủ điều khiển trung tâm: chất liệu bằng inox, khối PLC S7 1200 ,modul,

chương trình điều khiển đạt chuẩn với cơng nghệ nhà máy đặt ra.
- Khí nén cung cấp cho các cơ cấu xilanh đạt tiêu chuẩn ở áp suất 3000 hoặc 3600psi.
-

Mạch điều khiển trung tâm PLC của Siemens : điều khiển xuyên suốt hệ thống

chiết rót , đóng nắp .
Động cơ xoay vòng: các chai nước được vận chuyển tự động trên băng chuyền xoay vòng
liên tục vào hệ thống chiết rót và đóng nắp.
-Có 2 chế độ hoạt động auto/manual: giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt động
của các chức năng.

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tổng quan về dây chuyền chiết rót
2.1.1 Giới thiệu
Để có thể xây dựng được một hệ thống như yêu cầu đặt ra, chúng ta cần phải tìm hiểu một

số khái niệm, cơ sở liên quan đến hệ thống. Các khái niệm về hệ thống chiết rót, các cách
thức để giao tiếp giữa PLC với các thiết bị ngoại vi và các phần mềm được hỗ trợ đều được
trình bày trong chương này. Có thể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn chưa
đựng trong các bao bì dạng chai lọ nhất là trong ngành thực phẩm ví dụ như: bia, rượu, nước
giải khát, v.v.. với nhiều ưu điểm nổi trội như giá thành hạ, cứng cáp, tính thẩm mỹ cao, dễ




sản xuất. Cũng chính vì lý do này các hệ thống máy chiết rót, đóng nắp chai tự động được sử
dụng rộng rãi với nhiều những chũng loại khác nhau. Dây chuyền

4


×