(Đồ án tốt nghiệp) THIẾT kế hệ THỐNG dây CHUYỀN CHIẾT rót, ĐÓNG nắp và ĐÓNG THÙNG BẰNG kỹ THUẬT điều KHIỂN PHÂN tán sử DỤNG các PLC s7 1200 và WINCC

2022

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC

THÙNG BẰNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN SỬ DỤNG CÁC PLC S7-1200 VÀ WINCC

TÊN ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP VÀ ĐÓNG
Họ và tên sinh viên: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG HÓA
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT
RÓT, ĐÓNG NẮP VÀ ĐÓNG THÙNG BẰNG
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN SỬ
DỤNG CÁC PLC S7-1200 VÀ WINCC
Người hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Phong
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai
Phan Lê Tiến Sĩ
Mã sinh viên: 1811505520129
18811505520144
Lớp: 18 TDH1
18 TDH1

Đà Nẵng, 5/2022

TIEU LUAN MOI download :


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG HÓA
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DÂY CHUYỀN CHIẾT
RÓT, ĐÓNG NẮP VÀ ĐÓNG THÙNG BẰNG
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN SỬ
DỤNG CÁC PLC S7-1200 VÀ WINCC
Người hướng dẫn: TS. Phạm Thanh Phong
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai
Phan Lê Tiến Sĩ
Mã sinh viên: 1811505520129
1811505520144
Lớp: 18TDH1
18TDH1

Đà Nẵng, 5/2022

TIEU LUAN MOI download :

{Trang trắng này dùng để dán bản Nhận xét của người hướng dẫn, hoặc thay trang
này bằng Nhận xét của người hướng dẫn}

TIEU LUAN MOI download :


{Trang trắng này dùng để dán bản Nhận xét của người phản biện, hoặc thay trang
này bằng Nhận xét của người phản biện}

TIEU LUAN MOI download :


TĨM TẮT
Đề tài này trình bày về kết quả thiết kế hệ thống chiết rót, đóng nắp và đóng thùng
trong nhà máy bằng kỹ thuật điều khiển phân tán sử dụng 3 PLC S7-1200. Mơ hình
trong đề tài tương tự trong công nghiệp sử dụng 3 PLC S7-1200 sát với thực tế, trong
đó 1 PLC điều khiển trung tâm 2 PLC còn lại điều khiển các dây chuyền nhỏ trong hệ
thống. Kết cấu và một số khâu của hệ thống được nhóm thiết kế với những gì hiểu biết
cũng như sẵn có để đáp ứng được mơ phỏng ý tưởng… Hệ thống hồn tồn tự động
chiết rót, đóng nắp và đóng thùng các chai. Kết quả đưa ra cho thấy khi sử dụng hệ thống
này cho thấy có nhiều ưu điểm như: sản phẩm chất lượng đáp ứng đủ số lượng, năng
suất cao, tiết kiệm lớn nhân công,…Với các ưu điểm trên chúng ta có thể thấy việc sử
dụng hệ thống tự động này phục vụ trong hệ thống công nghiệp vừa tận dụng được
nguồn nhân công và năng suất, chất lượng đạt mong muốn. Hệ thống dễ dàng giám sát
cũng như điều khiển. Việc tiến hành cải tạo hệ thống đơn giản nhưng mang lại hiệu quả
thiết thực, tiết kiệm được khoảng chi phí tại các khu cơng nghiệp cũng như cắt giảm
được lượng lớn nhân công.

TIEU LUAN MOI download :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn: TS. Pham Thanh Phong
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai
Phan Lê Tiến Sĩ

Mã SV: 1811505520129
1811505520144

1. Tên đề tài:
Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thuật điều
khiển phân tán sử dụng các PLC S7-1200 và WinCC.
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
3. Nội dung chính của đồ án:
1.
2.
3.
4.
5.
6.

7.
8.

Khảo sát về tồn bộ dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm.
Đưa ra các chức năng chính của hệ thống.
Xây dựng mơ hình hệ thống.
Xây dựng qui trình công nghệ, bảng phân công đầu vào - đầu ra cho từng PLC.
Thiết kế, điều khiển các khâu nhỏ của hệ thống bằng PLC S7-1200.
Thiết kế bộ điều khiển trung tâm.
Xây dựng giám sát trên WinCC.
Báo cáo thiết minh đề tài.

4. Các sản phẩm dự kiến
1. Giao diện Win CC
2. Mơ hình hệ thống
5. Ngày giao đồ án: 21/02/2022
6. Ngày nộp đồ án: 30/05/2022
Trưởng Bộ môn

Đà Nẵng, ngày 20 tháng 04 năm 2022
Người hướng dẫn

TIEU LUAN MOI download :


LỜI NĨI ĐẦU
Chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng
dụng rất nhiều trong công nghiệp hiện nay. Dùng sức người, cơng việc này đỏi hỏi sự
tập trung và có tính lặp đi lặp lại nên các cơng nhân khó đảm bảo được sự chính xác
trong cơng việc. Chưa kể đến có những khâu dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà

mắt thường khó có thể nhận ra và cần một lượng lớn nhân cơng. Điều đó sẽ ảnh hưởng
trực tiếp tới tiến độ, chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống
tự động chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu
nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Sau khi tham quan gián tiếp trên mạng dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng
thùng nước giải khát, nhóm chúng em nhận thấy cơng nghệ điều khiển tự động hóa được
áp dụng chiếm khoảng 80-90%. Giảm được một lượng lớn nhân công, đồng thời sự
chính xác gần như hồn hảo trong q trình làm việc đã mang tới năng suất rất cao cho
nhà máy cũng như các khu công nghiệp khác. Khi chai không được đưa vào băng chuyền
thì cảm biến phát hiện sẽ bắt đầu rót nước, tiếp đến nắp tự động cho vào miệng chai rồi
cảm biến phát hiện khâu đóng nắp thực hiện đồng thời chai đã được đóng nắp được khâu
nâng gắp cho vào thùng rồi đóng gói sản phẩm. Nhờ vậy ta có thể dễ dàng thực hiện
từng cơng đoạn một cách chính xác nhất. Thơng qua hệ thống đếm tự động cho đến khi
đủ số lượng quy định thì hệ thống sẽ tự động dừng một khoảng thời gian để làm các
cơng đoạn như: chiết rót, đóng nắp và đóng gói sản phẩm. Hệ thống hoạt động cho đến
khi có lệnh dừng. Người cơng nhân chỉ việc tới lấy thùng xếp lên xe đẩy và đưa vào kho
hàng. Hệ thống hồn tồn tự động có điểm mạnh là năng suất và tính chính xác cao, cần
ít sức người mà vẫn đạt hiểu quả cao nên có thể cạnh tranh về giá cũng như chất lượng
trên thị trường. Bên cạnh đó khơng phải doanh nghiệp vừa và nhỏ nào của nước ta cũng
đầu tư số tiền rất lớn để mua một hệ thống tự động hóa hồn chỉnh như nước ngồi. Đó
là ý tưởng để chúng em thực hiện đề tài “Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng
nắp và đóng thùng bằng kỹ thuật điều khiển phân tán sử dụng các PLC S7-1200 và
WinCC”.
Là sinh viên ngành Tự động hóa, việc trang bị cho mình những kiến thức về điều
khiển tự động là một điều cần thiết. Và Đồ án tốt nghiệp là một công cụ hữu hiệu để em
bổ sung, mở rộng và tổng kết kiến thức căn bản về điện, về ngành tự động. Mặc dù vậy,
với vị trí là một sinh viên cịn đang ngồi trên ghế nhà trường, với kiến thức và kinh
nghiệm thực tế chưa nhiều chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong
nhận được nhiều ý kiến góp ý của q thầy cơ trong hội đồng để chúng em có thêm

i

TIEU LUAN MOI download :


những kiến thức quý báu. Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến thầy TS. Phạm
Thanh Phong, người đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ
án này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

ii

TIEU LUAN MOI download :


CAM ĐOAN
Nhóm chúng em xin cam đoan
1. Sẽ cố gắng dùng những kiến thức đã có và học trên trường, cũng như được thầy
TS. Phạm Thanh Phong hướng dẫn tận tình để nghiên cứu thiết kế ra hệ thống chiết
rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm này, cũng như thiết kế đưa ra ý tưởng hệ thống
này và kết quả cuối cùng là hồn thiện mơ hình hồn tồn tự động hoạt động theo ý
muốn đã đề ra và dễ dàng điều khiển, giám sát.
2. Những nội dung trong đồ án này là do nhóm chúng em thực hiện dưới sự hướng
dẫn trực tiếp của thầy TS. Phạm Thanh Phong. Mọi tham khảo tài liệu dùng trong đồ án
đều được nhóm chúng em trích dẫn rõ ràng tên tác giả, thời gian, địa điểm công bố.
Sinh viên thực hiện
{Chữ ký, họ và tên sinh viên}
Phan Lê Tiến Sĩ
Bùi Văn Mai

iii

TIEU LUAN MOI download :


MỤC LỤC

Danh sách các bảng, hình vẽ ....................................................................................... viii
Danh sách các ký hiệu, chữ viết tắt ................................................................................ ix
Trang
Chương 1: KHẢO SÁT VỀ TỒN BỘ DÂY CHUYỀN CHIẾT RĨT, ĐĨNG NẮP
VÀ ĐÓNG THÙNG SẢN PHẨM ................................................................................4
1.1. Tổng quan sơ lược ..................................................................................................4
1.1.1. Dây chuyền chiết rót nước, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm ........................4
1.1.2. Đặc điểm của dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động .......................5
1.1.3. Quy trình sản xuất đồ uống đóng chai của các nhà máy .............................. 5
1.1.4. Phân loại các dạng dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng chai ..........6
1.1.5. Các cơng đoạn của quy trình sản xuất nước của các nhà máy .........................7
1.2. Khảo sát mơ hình trong thực tế...........................................................................13
1.2.1. Sục rửa vỏ chai tự động .....................................................................................14
1.2.2. Chiết rót tự động .................................................................................................14
1.2.3. Vặn nắp chai tự động .........................................................................................15
1.2.4. Dán nhãn tự động, phóng nhãn tự động ...........................................................16
1.2.5. Co màng tự động ................................................................................................ 16
1.2.6. Dán nhãn chai trịn, dán nhãn decal, sticker ....................................................16
1.2.7. Đóng gói màng Block – Shrink Tunnel............................................................. 17
1.2.8. Đóng thùng Carton + Dán thùng Carton tự động – Carton Sealer .................18
1.2.9. Đóng đai tự động – Strapping Mchine .............................................................. 18
1.2.10. Quấn màng Pallet – Wrapping Machine .........................................................19
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ TIA PORTAL ...........................................20

2.1. Tổng quan PLC .....................................................................................................20
2.1.1. Cấu trúc PLC ......................................................................................................20
2.1.2. Nguyên lí hoạt động của PLC ............................................................................22
2.1.3 Phân loại PLC .....................................................................................................22
2.1.4 Ưu nhược điểm và ứng dụng của PLC............................................................... 23
iv

TIEU LUAN MOI download :


2.2. Giới thiệu PLC Siemens .......................................................................................23
2.2.1. Giới thiệu chung PLC S7–1200 .........................................................................23
2.2.2. Đặc điểm kỹ thuật dòng CPU 121x ....................................................................25
2.2.3 Cấu trúc PLC S7-1200 ........................................................................................26
2.2.4.. Kích thước vùng nhớ trong PLC S7-1200 ........................................................28
2.3. Giới thiệu phần mềm Tia Portal .........................................................................29
2.3.1. Giới thiệu phần mềm Tia Portal V15 ................................................................ 29
2.3.2. Ưu điểm và hạn chế của phần mềm Tia Portal ................................................30
2.3.3. Cách cài Tia Portal V15 .....................................................................................31
2.4. Giới thiệu về phần mềm WinCC .........................................................................35
2.4.1. Phần mềm WinCC trong Tia Portal ..................................................................36
2.4.2. Các ứng dụng của WinCC .................................................................................36
2.5. Phương thức truyền thông Ethernet của các PLC ............................................36
2.5.1. Giới thiệu phương thức truyền thông Ethernet ................................................36
2.5.2. Ưu điểm và nhược điểm của Ethernet ............................................................... 38
2.6. Cách truyền nhận dữ liệu giữa các PLC ............................................................ 39
Chương 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ....................................................45
3.1. Các phương án thiết kế ........................................................................................45
3.1.1. Phương án thiết kế tập trung .............................................................................45
3.1.2. Phương án thiết kế phân tán..............................................................................45

3.1.3. So sánh giữa hai phương án .............................................................................46
3.2. Các chức năng chính hệ thống chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm 47
3.2.1. Hệ thống tiêu chuẩn ..........................................................................................47
3.2.2. Chức năng chính của khối trung tâm ............................................................... 47
3.2.3. Chức năng chính của khối khu vực ..................................................................48
3.3. Giới thiệu phần cứng trong hệ thống ..................................................................48
3.3.1. Van điện từ 24V ..................................................................................................48
3.3.2. Xylanh khí nén ....................................................................................................49
3.3.3. Bộ nguồn 24V .....................................................................................................49
v

TIEU LUAN MOI download :


3.3.4. Cảm biến vật cản ................................................................................................ 50
3.3.5. Băng chuyền .......................................................................................................50
3.3.6. Động cơ DC.........................................................................................................51
3.3.7. Van khí nén 24V .................................................................................................52
3.3.8. Relay 24V ............................................................................................................52
3.3.9. Máy khí nén ........................................................................................................53
3.3.10. Nút nhấn ...........................................................................................................53
3.3.11. Bộ chuyển đổi Switch .......................................................................................54
3.3.12. Dây cáp mạng ...................................................................................................55
3.3.13. Bộ giảm tốc DC PWM ......................................................................................55
3.3.14. PLC S7-1200 .....................................................................................................56
3.3.15. Các thiết bị khác ............................................................................................... 56
3.4. Sơ đồ đấu nối dây .................................................................................................56
3.4.1 Sơ đồ đấu nối PLC Slave 1 ..................................................................................56
3.4.2.Sơ đồ đấu nối cho PLC Slave 2 ...........................................................................58
3.4.3. Sơ đồ đấu nối cho Master ...................................................................................59

3.4.4. Sơ đồ đấu nối nguồn tổ ong và bộ giảm tốc ......................................................60
3.4.5. Sơ đồ đấu nối nút nhấn ......................................................................................60
Chương 4: XÂY DỰNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ, BẢNG PHÂN CƠNG ĐẦU
VÀO – ĐẦU RA CHO TỪNG PLC ...........................................................................61
4.1. Quy trình cơng nghệ của hệ thống ......................................................................61
4.1.1. Giới thiệu quy trình công nghệ ..........................................................................61
4.1.2. Yêu cầu công nghệ ............................................................................................. 61
4.2. Bảng phân công đầu vào - đầu ra cho từng PLC ..............................................62
4.2.1. Bảng phân công đầu vào – đầu ra cho PLC Master .........................................62
4.2.2. Bảng phân công đầu vào – đầu ra cho PLC Slave 1 ........................................62
4.2.3. Bảng phân công đầu vào – đầu ra cho PLC Slave 2 .......................................63
4.3. Giản đồ thời gian cho từng PLC .........................................................................63
4.3.1. Giản đồ thời gian cho PLC Slave 1 ...................................................................64

vi

TIEU LUAN MOI download :


4.3.2. Giản đồ thời gian cho PLC Slave 2 ...................................................................65
4.3.3. Giản đồ thời gian cho PLC Master ....................................................................65
4.4. Sơ đồ thuật toán của hệ thống .............................................................................66
4.4.2. Sơ đồ thuật toán của PLC Slave 2 .....................................................................69
4.5. Chương trình chính cho từng PLC .....................................................................72
4.5.1. Chương trình chính cho PLC Master ............................................................... 72
4.5.2. Chương trình chính cho PLC Slave 1 ............................................................... 78
4.5.3. Chương trình chính cho PLC Slave2 ................................................................ 79
Chương 5: THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT TRÊN WINCC .........................81
5.1 Các bước kết nối giữa WinCC với PLC .............................................................. 81
5.2. Thiết kế giao diện WinCC cho hệ thống ............................................................. 84

5.2.1. Các bước thiết kế giao diện ................................................................................85
5.2.2. Kết quả giao diện hệ thống hoàn chỉnh ............................................................ 89
KẾT LUẬN ..................................................................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................92
PHỤ LỤC .......................................................................................................................1

vii

TIEU LUAN MOI download :


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1 Đặc điểm kỹ thuật dòng CPU 121x ............................................................... 25
Bảng 2.2 Vùng nhớ Load memory trong PLC S7-1200. ...............................................28
Bảng 2.3 Vùng nhớ Word memory trong PLC S7-1200. ..............................................29
Bảng 2.4 Vùng nhớ Retentive memory trong PLC S7-1200.........................................29
Bảng 4.1 Bảng phân công đầu vào cho PLC Master. ....................................................62
Bảng 4.2 Bảng phân công đầu vào cho PLC Slave 1. ...................................................62
Bảng 4.3 Bảng phân công đầu ra cho PLC Slave 1. ......................................................63
Bảng 4.4 Bảng phân công đầu vào cho PLC Slave 2. ...................................................63
Bảng 4.5 Bảng phân công đầu ra cho PLC Slave 2. ......................................................63
Hình 1.1 Tổng quan dây chuyền chiết rót, đóng nắp. .....................................................4
Hình 1.2 Dây chuyền chiết rót và đóng nắp dạng mâm xoay. ........................................6
Hình 1.3 Dây chuyền chiết rót và đóng nắp dạng thẳng. ................................................6
Hình 1.4 Máy đóng thùng tự động. .................................................................................7
Hình 1.5 Máy đóng thùng bán tự động............................................................................7
Hình 1.6 Tạo chai nhựa. ..................................................................................................8
Hình 1.7 Dây chuyền khâu chiết rót nước. ......................................................................9
Hình 1.8 Dây chuyền đóng nắp chai. ............................................................................11

Hình 1.9 Máy dán nhãn và in date. ................................................................................12
Hình 1.10 Máy đóng thùng. ...........................................................................................12
Hình 1.11 Dây chuyền chiết rót - dán nhãn - đóng gói phổ biến. .................................13
Hình 1.12 Dây chuyền đóng chai. .................................................................................13
Hình 1.13 Dây chuyền súc rửa vỏ chai. .........................................................................14
Hình 1.14 Dây chuyền chiết rót tự động. ......................................................................14
Hình 1.15 Dây chuyền vặn nắp chai tự động. ............................................................... 15
Hình 1.16 Dây chuyền dán nhãn tự động, phóng nhãn tự động. ...................................16
Hình 1.17 Dây chuyền dán nhãn. ..................................................................................17
Hình 1.18 Dây chuyền đóng thùng, dán thùng Carton. .................................................18
Hình 1.19 Dây chuyền đóng đai loại lớn. ......................................................................18
Hình 1.20 Dây chuyền đóng đai loại nhỏ. .....................................................................19
Hình 1.21 Máy quấn màng Pallet. .................................................................................19
Hình 2.1 Hệ điểu khiển bẳng relay và bằng PLC. .........................................................20
Hình 2.2 Cấu trúc chung của bộ điều khiển lập trình PLC. ..........................................21
Hình 2.3 Bộ điều khiển lập trình S7 – 1200. .................................................................24
viii

TIEU LUAN MOI download :


Hình 2.4 Sơ đồ khối của PLC S7 – 1200.......................................................................27
Hình 2.5 Sơ đồ khối vào ra và đấu nối PLC S7 – 1200 1214C. ....................................27
Hình 2.6 Giao diện Tia Portal........................................................................................30
Hình 3.1 Sơ đồ khối phương án thiết kế tập trung. .......................................................45
Hình 3.2 Sơ đồ khối phương án thiết kế phân tán. ........................................................46
Hình 3.3 Van điện từ. ....................................................................................................48
Hình 3.4 Xylanh tác động kép. ......................................................................................49
Hình 3.5 Bộ nguồn 24V................................................................................................. 49
Hình 3.6 Cảm biến vật cản. ...........................................................................................50

Hình 3.7 Băng chuyền. ..................................................................................................50
Hình 3.8 Các loại động cơ. ............................................................................................ 51
Hình 3.9 Van điện từ. ....................................................................................................52
Hình 3.10 Relay. ............................................................................................................52
Hình 3.11 Máy khí nén. .................................................................................................53
Hình 3.12 Nút nhấn. ......................................................................................................53
Hình 3.13 Bộ chuyển đổi Switch. ..................................................................................54
Hình 3.14 Dây cáp mạng. .............................................................................................. 55
Hình 3.15 Bộ giảm tốc PWM. .......................................................................................55
Hình 3.16 PLC S7-1200. ............................................................................................... 56
Hình 3.17 Sơ đồ đấu nối của PLC Slave 1. ...................................................................57
Hình 3.18 Sơ đồ đấu nối của PLC Slave 2. ...................................................................58
Hình 3.19 Sơ đồ đấu nối của Master. ............................................................................60
Hình 3.20 Sơ đồ đấu nối nguồn tổ ong và bộ giảm tốc. ................................................60
Hình 3.21 Sơ đồ đấu nối nút nhấn cho Master. ............................................................. 60
Hình 4.1 Quy trình cơng nghệ của hệ thống. .................................................................61
Hình 4.2 Giản đồ thời gian cho PLC Slave 1. ............................................................... 64
Hình 4.3 Giản đồ thời gian cho PLC Slave 2. ............................................................... 65
Hình 4.4 Giản đồ thời gian cho PLC .............................................................................66
Hình 4.5 Truyền nhận tín hiệu giữa PLC Master và PLC Slave 1, PLC Slave 2. .........66
Hình 4.6 Lưu đồ thuật tốn cho PLC Slave 1................................................................ 67
Hình 4.7 Lưu đồ thuật tốn khâu chiết rót cho PLC Slave 1. .......................................68
Hình 4.8 Lưu đồ thuật tốn khâu đóng nắp cho PLC Slave 1. ......................................68
Hình 4.9 Lưu đồ thuật toán khâu đẩy chai cho PLC Slave 1. .......................................69
Hình 4.10 Lưu đồ thuật tốn cho PLC Slave 2.............................................................. 70
Hình 4.11 Lưu đồ thuật tốn khâu thả chai vào thùng cho PLC Slave 2. .....................71
Hình 4.12 Lưu đồ thuật tốn khâu đóng nắp thùng cho PLC Slave 2. ..........................72
ix

TIEU LUAN MOI download :

Hình 4.13 Lưu đồ thuật tốn khâu cắt băng keo cho PLC Slave 2. .............................. 72
Hình 5.1 Giao diện của mơ hình hệ thống. ....................................................................88
Hình 5.2 Kết quả giao diện hoàn chỉnh hệ thống. .........................................................90

x

TIEU LUAN MOI download :


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
CHỮ VIẾT TẮT:
PLC: Programmable Logic Controller
WinCC: Windows Control Centre
HMI: Human Machine Interface
Tia Portal: Totally Integrated Automation Portal
RTU: Remote Terminal Units
CPU: Central Processing Unit

xi

TIEU LUAN MOI download :


Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thật điều khiển phân tán sử dụng các
PLC S7-1200 và WinCC

MỞ ĐẦU

Hiện nay quá trình tự động hóa trong cơng nghiệp là hết sức quan trọng đối với sự
phát triển của một quốc gia. Đối với các nước phát triển như Mỹ, Nhật… thì tự động
hóa khơng cịn xa lạ và dần dần trở nên quen thuộc. Ở các nước này hầu như máy móc
đã thay thế lao động chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm đi hẳn và thay
vào đó là những lao động chun mơn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sát
trực tiếp q trình thơng qua màn hình máy tính. Việc điều khiển qua màn hình HMI là
vơ cùng cần thiết, giúp người vận hành có cái nhìn trực quan, tổng qt q trình hoạt
động của toàn bộ dây chuyền sản xuất.
Một trong những ứng dụng giám sát đó là WinCC, nó giúp ta giám sát và điều
khiển tồn bộ q trình sản xuất thơng qua máy tính mà khơng cần phải xuống trực tiếp
nơi sản xuất để quan sát. Những điều trên chứng tỏ tầm quan trọng của việc ứng dụng
WinCC trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa. Việt Nam là một nước đang phát triển
thì nhu cầu hiện đại hóa trong cơng là điều hết sức quan trọng đối với phát triển kinh tế
cũng như nhu cầu cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước.
Là sinh viên theo học ngành tự động hóa cùng những nhu cầu và ứng dụng thực tế
cấp thiết của nhu cầu công nghiệp nước nhà, em muốn được tìm hiểu và nghiên cứu
những thành tựu khoa học mới để có nhiều cơ hội để biết thêm những kiến thức thực tế,
cũng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt cho sự nghiệp hóa cơng nghiệp hóa.
Khóa luận nhằm nắm vững các kiến thức
Đồ án tốt nghiệp tự động hóa là học phần vận dụng các kiến thức từ các môn

chuyên ngành để tạo ra một mô phỏng về các dây chuyền sản xuất, hệ thống công nghiệp
trong thực tế. Giúp em từng bước tiếp cận với nền cơng nghệ hiện nay.
1. Mục đích thực hiện đề tài
Ngày nay, thế giới đang phát triển rất nhanh có rất nhiều hệ thống dây chuyền tự
động đã được thiết kế phục vụ trong công việc thay thế cho con người và cả trong đời
sống sinh hoạt hằng ngày. Hệ thống dây truyền tự động đem lại rất nhiều lợi ích cho con
người chúng ta, nó có thể đem lại năng suất cao, thay thế cho con người trong những
công việc nguy hiểm,… Ở Việt Nam hiện nay thì hệ thống dây chuyền được sử dụng
nhiều chủ yếu là ở trong các nhà máy lớn như các công ty chế tạo ra lốp xe, các công ty
nước giải khát, công ty linh kiện… Ngoài ra, việc chế tạo một hệ thống dây chuyền tự
động về “Chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm” là cái nền cơ bản để tìm hiểu
nghiên cứu sâu hơn các mơ hình lớn hơn như dây chuyền sản xuất xi măng, nước giải
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ

Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong

TIEU LUAN MOI download :

1


Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thật điều khiển phân tán sử dụng các
PLC S7-1200 và WinCC

khát… Vì vậy nhóm chúng em đã quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống dây chuyền
chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thuật điều khiển phân tán sử dụng các PLC
S7-1200 và WinCC” làm đề tài nghiên cứu.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng những nghiên cứu lý thuyết
để áp dụng trong thực tế là một điều hết sức quan trọng để kiểm nghiệm một cách chính
xác nhất tính đúng đắn và hiệu quả của những nghiên cứu đó. Ý tưởng về một dây

chuyền sản xuất sản phẩm trong các nhà máy sản xuất cũng ra đời từ đó và dựa trên
những nền tảng có từ trước cùng với sự nghiên cứu phát triển thêm của nhóm, nhóm đã
mạnh dạn thiết kế mơ phỏng mơ hình dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản
phẩm.
Đề tài được thực hiện trong phạm vi tương đối hẹp, chưa thể ứng dụng được trong
thực tế nếu khơng có sự nghiên cứu và đầu tư thêm nhưng qua đó nhóm cũng đã thực
hiện được mục tiêu mà mình đã hướng đến đó là ứng dụng những điều đã được học và
nghiên cứu để giải quyết một vấn đề trong thực tiễn cuộc sống. Mặt khác, trong một
phạm vi nhất định thì tập đồ án này có thể coi như một tài liệu tham khảo, học tập cho
những sinh viên trong nghành kỹ thuật.
2. Mục tiêu đề tài
Hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm. Sản phẩm
nghiên cứu là những chai lọ đã được kiểm duyệt để đưa vào q trình chiết rót, đóng
nắp và đóng thùng một cách hồn tồn tự động. Cũng như tạo ra được các sản phẩm
chất lượng đáp ứng được nhu cầu về số lượng với năng suất làm việc được kiểm soát
theo ý muốn đặt ra nhằm hạn chế tối thiểu lượng lớn nhân công.
3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng
sản phẩm hồn tồn tự động.
Đề tài tập trung vào việc tìm hiểu PLC S7-1200 thông qua việc đọc các tài liệu
manual và lập trình mơ phỏng PLC trên Tia cho các vấn đề xử lí số liệu analog song
song với thiết kế một hệ SCADA giám sát bằng phần mềm WinCC Tia. Vì thế mà đề
tài có giới hạn về phạm vi nghiên cứu ở dịng S7-1200 lập trình trên phần mềm TIA cho
hệ thống chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm thông qua xylanh và cảm biến vật
cản.
4. Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng cảm biến vật cản để giám sát q trình chiết rót, đóng nắp và đóng thùng
sản phẩm.
Tìm hiểu về PLC S7-1200 Siemens về lập trình cũng như phần cứng PLC S7-1200.
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ

Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong

TIEU LUAN MOI download :

2


Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thật điều khiển phân tán sử dụng các
PLC S7-1200 và WinCC

Tìm hiểu về phần mềm Tia Portal cũng như phần cứng mơ hình.
Ứng dụng phần mềm Tia Portal vào lập trình cho mơ hình.
5. Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp
Cấu trúc đồ án gồm 5 phần:
 Phần mở đầu.
 Phần Nội dung: bao gồm 5 chương.
 Khảo sát về toàn bộ dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm.
 Tổng quan về PLC và Tia Portal.
 Xây dựng mơ hình hệ thống.
 Xây dựng quy trình cơng nghệ, bảng phân cơng đầu vào - đầu ra cho từng PLC.
 Thiết kế giao diện giám sát trên WinCC.
 Kết luận.
 Tài liệu tham khảo.
 Phụ lục.

Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ

Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong

TIEU LUAN MOI download :

3


Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thật điều khiển phân tán sử dụng các
PLC S7-1200 và WinCC

Chương 1: KHẢO SÁT VỀ TỒN BỘ DÂY CHUYỀN CHIẾT RĨT,
ĐĨNG NẮP VÀ ĐĨNG THÙNG SẢN PHẨM

1.1. Tổng quan sơ lược
Nước uống là một sản phẩm thiết yếu khơng thể thiếu trong cuộc sống. Chính
vì vậy việc sản xuất sản phẩm này cần đảm bảo an tồn vệ sinh thực phẩm do sản
phẩm có tác động trực tiếp tới sức khỏe người sử dụng. Để đảm bảo được các yêu
cầu về sản xuất như an tồn vệ sinh, cơng suất... các dây chuyền máy chiết rót, đóng
nắp và đóng thùng chai đã được ra đời.
Dây chuyền máy chiết rót, đóng nắp chai và đóng thùng tự động được ứng dụng
để sản xuất các sản phẩm nước tinh khiết, thực phẩm, hóa chất,…Đây là thiết bị dây
chuyền hiện đại áp dụng nhiều công nghệ cao, giúp doanh nghiệp nâng cao năng suất
lao động, tiết kiệm tối đa thời gian cũng như nhân cơng trong q trình sản xuất. Tất
cả các cơng đoạn chiết rót, đóng nắp và đóng thùng đều vận hành hồn tồn tự động.

Hình 1.1 Tổng quan dây chuyền chiết rót, đóng nắp
1.1.1. Dây chuyền chiết rót nước, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm
Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm là một hệ thống bao gồm
các máy móc hiện đại kết hợp với nhau thành một dây chuyền hoàn chỉnh. Quy trình sản
xuất nước đóng chai bao gồm các cơng đoạn: Định hình chai - Xử lý vơ trùng - Chiết
rót - Đóng nắp - Dán nhãn - In date - Đóng thùng. Trong đó, chiết rót, đóng nắp và đóng
thùng là cơng đoạn quan trọng nhất. Dây chuyền chiết rót có mức tự động hóa cao nên

hiệu quả, năng suất và tính vệ sinh cũng rất cao; đóng nắp địi hỏi phải chặt miệng để
nước khơng bị đổ khi vận chuyển cũng như khâu đóng thùng để cho gọn gàng các thành
phẩm để đưa đến nơi tiêu thụ dễ dàng.

Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ

Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong

TIEU LUAN MOI download :

4


Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thật điều khiển phân tán sử dụng các
PLC S7-1200 và WinCC

Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng sản phẩm có nhiều ưu điểm như:
 Dễ dàng điều khiển: dễ điều chỉnh dung tích cần chiết rót bằng cách thiết lập trên màn
hình cảm ứng.
 Độ chuẩn xác cao: các cơ cấu chấp hành thay đổi theo lệnh tác động, máy điều khiển
hoạt động chính xác bằng các thiết bị điện thơng minh.
 Tốc độ chiết rót cao: kiểu chiết rót mới điều khiển áp lực dòng chảy phun nhờ điều
khiển biến đổi tần số để điều chỉnh tốc độ chiết rót.
 Các bộ phận tiếp xúc với chất chiết rót được làm từ chất liệu inox chống gỉ có độ
chống ăn mịn cao và dễ dàng vệ sinh chùi rửa.
1.1.2. Đặc điểm của dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động
 Hệ thống điều khiển bằng màn hình cảm ứng PLC giúp việc cài đặt và thao tác dễ
dàng hơn.
 Thiết bị tuân thủ các yêu cầu nghiêm ngặt của GMP và được thiết kế từ thép không
gỉ và hợp kim nhơm cao cấp, có khả năng chống chịu ăn mịn và dễ dàng làm sạch

sau thời gian làm việc.
 Toàn bộ các thơng số, mẫu mã có thể được thiết kế và tùy chỉnh theo yêu cầu của
khách hàng.
 Dây chuyền chiết rót tự động 3 trong 1 được tích hợp tất cả các khâu chỉ trong một
thiết bị bao gồm chiết rót, đóng nắp chai và đóng thùng tự động.
 Định lượng chiết theo thời gian lập trình sẵn, đảm bảo chiết chính xác, dây chuyền
được thiết kế theo công nghệ tiến tiến nhất nên hoạt động rất ổn định.
 Có thể điều chỉnh lượng chiết theo nhu cầu của người sản xuất đạt độ chính xác
cao giúp giảm tối đa chi phí về nhân cơng, đem lại hiệu quả cơng việc cao.
1.1.3. Quy trình sản xuất đồ uống đóng chai của các nhà máy
1. Trong kho nguyên liệu, các hộp chứa các chai rỗng được đặt trên băng tải đến
2.
3.
4.
5.
6.
7.

máy cấp chai.
Bộ phận cấp chai lấy chai ra khỏi thùng và đặt lên băng chuyền để đưa đến máy
rửa.
Máy rửa chai và sau đó làm khơ bằng dịng khí nóng.
Các chai đi vào máy chiết rót qua một đường ống và được làm đầy thể tích.
Các chai đã đầy vào máy đóng nắp, nơi nắp vặn được đặt và đóng kín.
Máy dán nhãn có nhiệm vụ gắn nhãn nhận dạng và đánh dấu vào từng chai.
Các chai được đặt trên mâm xoay và xếp vào các hộp.

8. Các hộp được đóng và niêm phong trong kho thành phẩm.

Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ

Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong

TIEU LUAN MOI download :

5


Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thật điều khiển phân tán sử dụng các
PLC S7-1200 và WinCC

1.1.4. Phân loại các dạng dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng chai
Dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng thường có dạng chiết rót và đóng
nắp đi đơi với nhau cịn đóng thùng đi riêng nên phân loại có 2 kiểu như sau.
1.1.4.1. Máy chiết rót và đóng nắp
 Máy chiết rót và đóng nắp dạng mâm xoay:

Hình 1.2 Dây chuyền chiết rót và đóng nắp dạng mâm xoay
Quy trình như sau: Máy tự động cấp chai → Vào quy trình chiết rót → Cấp nắp
bằng tay → Vặn nắp tự động → Thu chai.
 Máy chiết rót và vặn nắp dạng thẳng:

Hình 1.3 Dây chuyền chiết rót và đóng nắp dạng thẳng
Quy trình hoạt động: Cấp chai bằng tay → Chiết rót tự động → Cấp nắp bằng tay
→ Vặn nắp tự động.
 Máy chiết rót và siết nắp tự động hoàn toàn:

Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ

Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong

TIEU LUAN MOI download :

6


Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thật điều khiển phân tán sử dụng các
PLC S7-1200 và WinCC

Quy trình hoạt động: Cấp chai tự động → Chiết rót tự động → Cấp nắp tự động
→ Vặn nắp tự động.
1.1.4.2. Máy đóng thùng
 Máy đóng thùng tự động:

Hình 1.4 Máy đóng thùng tự động
Quy trình hoạt động: Cấp thùng tự động  Gập nắp tự động  Dán keo tự động
 Cắt keo tự động.
 Máy đóng thùng bán tự động:

Hình 1.5 Máy đóng thùng bán tự động
Quy trình hoạt động: Cấp thùng bằng tay  Gập nắp tự động  Dán keo tự động
 Cắt keo tự động.
1.1.5. Các công đoạn của quy trình sản xuất nước của các nhà máy
Quy trình sản xuất nước của các nhà máy gồm 6 công đoạn như mục bên dưới.
1.1.5.1. Định hình chai

Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ

Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong

TIEU LUAN MOI download :

7


Thiết kế hệ thống dây chuyền chiết rót, đóng nắp và đóng thùng bằng kỹ thật điều khiển phân tán sử dụng các
PLC S7-1200 và WinCC

 Giai đoạn tạo phôi: Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng cần phải sử dụng ngun
liệu nhựa Pet chính phẩm. Q trình tạo phôi bắt đầu bằng việc những hạt nhựa
sẽ được đưa vào thiết bị sấy nóng. Ở đây chúng sẽ được sấy ở nhiệt độ lên tới 1800C
trong vòng từ 3 tới 4 giờ. Tiếp đó hạt nhựa Pet sẽ được đưa qua máy tạo phôi hoạt
động bán tự động. Máy này sẽ biến hạt nhựa từ dạng rắn sang dạng lỏng. Sau đó được
cho vào khn để tạo hình. Sau đó phơi lại tiếp tục được làm nguội. Trong q trình
tạo hình, chu kỳ ép phơi chỉ diễn ra trong vài chục giây đến vài phút. Sau mỗi chu kỳ
này chỉ có thể tạo ra được từ 12 đến 16 phôi. Các loại phôi sẽ được chứa trong các
thùng. Tại đây, chúng sẽ được kiểm tra xem có chứa bọt khí hay khơng và cắt bỏ
bavia. Những sản phẩm đạt u cầu sẽ để nguội ngồi khơng khí một thời gian sau
đó sẽ được dùng làm nguyên liệu để thổi chai.
 Giai đoạn thổi chai: Công đoạn này sẽ phải trải qua hai giai đoạn chính là gia cơng
làm mềm phôi và thổi chai trong khuôn:
 Để làm mềm phôi chai nhựa Pet, cần phải sử dụng đến hệ thống đèn sấy đặc biệt.
Sở dĩ cần phải làm điều này là bởi sẽ giúp phơi mềm hơn để có thể dễ dàng thổi ra
hình dạng cần thiết.
 Sau khi mềm, phôi sẽ được gắn lên ngàm kẹp của khuôn. Khn được đóng kín,
thanh đẩy sẽ kéo phần phơi Pet xuống tận đáy khn. Lúc này khí nén được bơm
vào làm tăng áp lực trong lịng khn. Chính vì thế, phơi Pet sẽ bị dạt ra ngồi và
mang hình dạng giống như hình dạng của khn.

Hình 1.6 Tạo chai nhựa

Trong suốt q trình thổi và sau thổi, áp suất ln được giữ ở mức ổn định. Điều
này sẽ giúp phôi Pet được định hình hồn tồn. Sau đó, phơi lại được làm nguội (thường
bằng nước lạnh). Cũng trong quá trình này, những mùi hôi lạ, vi khuẩn, vi trùng… sẽ
được loại bỏ hồn tồn. Cơng đoạn cuối cùng trong q trình sản xuất chai nhựa pet đó
Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Mai - Phan Lê Tiến Sĩ

Người hướng dẫn: T.S Pham Thanh Phong

TIEU LUAN MOI download :

8