Đồ án trộn sơn full code sử dụng s7 1200

MỤC LỤC


CHƯƠNG 1. DẪN NHẬP
1.1.

LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hiện nay, đất nước ta bước vào thời kỳ công
nghiệp hoá, hiện đại hóa, để quá trình này phát triển
nhanh chúng ta cần tập trung đầu tư vào các dây
chuyền sản xuất tự động hóa, nhằm mục đích giảm
chi phí sản xuất, nâng cao năng suất lao động và cho
ra sản phẩm có chất lượng cao. Một trong những
phương án đầu tư vào tự động hoá là việc ứng dụng
PLC vào các dây chuyền sản xuất. Đối với những
tính năng tiện ích của hệ thống PLC nên hiện nay bộ
điều khiển này đang được sử dung rất nhiều trong
các lĩnh vực khác nhau. Một trong những ngành
đang phát triển mạnh mẽ nhất hiện nay đó là ngành
xây dựng, và việc ứng dụng PLC vào trong ngành
xây dựng là một việc làm sẽ đem lại hiệu quả cao và
rất phù hợp, đặc biệt là trong công đoạn pha chế sơn.
Hiểu rõ sự cấp thiết trong thực tế, nhóm thực
hiện đồ án đã chọn đề tài “HỆ THỐNG ĐIỀU
2


KHIỂN VÀ GIÁM SÁT PHA TRỘN SƠN TỰ
ĐỘNG SỬ DỤNG PLC S7 – 1200”
1.2.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đề tài được thực hiện với mục đích sau:
 Nghiên cứu và tìm hiểu các thành phần cơ bản
của hệ thống pha trộn sơn
 Nắm rõ thêm về hệ thống điều khiển và giám
sát hiện hành
 Nắm rõ thêm về PLC S7-1200 và phần mềm
WinCC trên Tia Portal
 Vận dụng ngôn ngữ lập trình cho PLC S71200 để điều khiển mô hình pha trộn sơn tự
động
 Thiết kế được mô hình pha trộn sơn tự động.
Toàn bộ các thông số hoạt động của hệ thống
giám sát qua máy tính
 Thiết kế và thi công mô hình, kết nối PLC,
giám sát và điều khiển hệ thống pha trộn sơn
tự động bằng giao diện WinCC
 Mục đích cuối cùng của đề tài là pha trộn
được các màu sơn từ ba màu cơ bản (đỏ,
vàng, lam).
1.3.
GIỚI HẠN ĐỀ TÀI
 Hạn chế trong việc tạo ra các màu sơn
3



1.4.

ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ

PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu
 Hệ thống PLC S7-1200, các module mở
rộng
 Phần mềm WinCC trên Tia Portal
 Ngôn ngữ lập trình LAD cho S7-1200
Phạm vi nghiên cứu của đề tài
 Do mô hình của đề tài có qui mô nhỏ nên
nhóm chỉ nghiên cứu ứng dụng trong phạm vi
pha trộn sơn và ấn định sản xuất một số màu
(….) từ ba màu cơ bản (đỏ, vàng, lam).
 Nghiên cứu cấu trúc PLC S7-1200 và sử dụng
các phần mềm hỗ trợ để thực hiện điều khiển
và giám sát hệ thống pha trộn sơn tự động.
1.5.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Tham khảo thực tế
 Tìm hiểu lý thuyết
 Thực nghiệm khoa học
4


1.6.

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC

TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
Ưu điểm của hệ thống pha trộn sơn tự
-

động:
Kết cấu gọn, mặt bằng chiếm diện tích

-

nhỏ, dễ tháo lắp cơ động
Điều khiển hiện đại và thuận tiện cho

-

người sử dụng
Yêu cầu chính đặt ra:
Trạm pha trộn sơn có thể pha chế màu
một cách chính xác, ra đúng màu mong

-

muốn
Trạm pha trộn sơn hoạt động hoàn toàn tự

-

động
Việc thực hiện đề tài này giúp ứng dụng
những kiến thức đã học vào thực tế, biết
cách sử dụng nhiều thiết bị ngoài thực tế
như cảm biến, pitton… cũng như nâng
cao thêm kỹ năng thực hành như gia công
cơ khí những chi tiết, lắp ráp hệ thống khí

1.7.

nén…
BỐ CỤC ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
5


CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ
THIẾT KẾ
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ
THỐNG
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_KẾT
LUẬN_HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG

NGHỆ

6


Hình 2. 1: Sơ đồ công nghệ
Quá trình vận hành gồm 4 giai đoạn là điều
khiển hệ thống cấp lon, điều khiển rót sơn, đóng nắp
lon và điều khiển máy trộn sơn.

2.1.1.

Quy Trình Điều Khiển Hệ Thống Cấp

Lon
- Cảm biến 1: phát hiện có lon
- Một piston để đẩy lon ra vị trị băng tải, sau đó băng
tải hoạt động và đưa lon tới vị trị rót sơn.
2.1.2.

Quy Trình Điều Khiển Rót Sơn

7


Sơ đồ công nghệ cho thấy: gồm có ba bồn chứa
ba màu sơn khác nhau lần lượt là: “đỏ, vàng, lam”
làm cơ sở cho việc tạo ra màu sơn mong muốn.
Quy trình làm việc được thực hiện như sau:
Khâu rót sơn được thực hiện sau khi kết thúc quá
trình cấp lon, các lon được đặt trên băng tải, có một
cảm biến để báo quá trình rót sơn tự động:
-

Cảm biến 2: báo lon đã đến đúng vị trí để
rót sơn và băng tải ngưng hoạt đông.

Sau đó van xả các loại sơn khác màu nhau vào
lon, loại sơn thứ nhất được xả vào bình bằng van
điện từ 1 trong khoảng thời gian t1, loại sơn thứ hai

được xả vào bình qua van điện từ 2 trong khoảng
thời gian t2, loại sơn thứ ba được xả vào bình bằng
van điện từ 3 trong khoảng thời gian t3. Các van
dừng đưa sơn vào lon khi đã bơm đủ khoảng thời
gian định sẵn thì băng tải hoạt động trở lại và đưa
lon sơn đến vị trí đóng nắp lon.
2.1.3.

Quy Trình Điều Khiển Đóng Nắp

Lon
8


Khâu đóng nắp lon được thực hiện sau khi kết
thúc quá trình rót sơn, các lon sơn được đặt trên băng
tải, có một cảm biến để báo quá trình đóng nắp lon
tự động:
-

Cảm biến 3: báo lon đã đến đúng vị trí
đóng nắp lon và băng tải ngưng hoạt
đông.

Hệ thống đóng nắp hoạt đông như sau: đầu tiên
có 4 piston dùng để kẹp nắp lon tiếp tục có 2 piston
dùng để nâng nắp lon lên, sau đó có 1 piston để đẩy
nắp lon tới đúng vị trí lon sơn, cuối cùng có 1 piston
đóng nắp lon. Sau khi quá trình đóng nắp lon sơn kết
thúc thì băng tải hoạt động trở lại và đưa lon tới đến

vị trí trộn sơn.
2.1.4.

Quy Trình Điều Khiển Máy Trộn Sơn

Khâu trộn lon sơn được thực hiện sau khi kết
thúc quá trình đóng nắp, các lon sơn được đặt trên
băng tải, có một cảm biến để báo quá trình đóng nắp
lon tự động:
9


-

Cảm biến 4: báo lon đã đến đúng vị trí
trộn sơn và băng tải ngưng hoạt đông.

Hệ thống trộn sơn hoạt động như sau: đầu tiên có
1 pitson đẩy lon sơn vào động cơ trộn, tiếp tục có
một piston dùng để nâng động cơ trộn lên, khi đó
động cơ trộn hoạt động và chạy trong khoảng thời
gian t. Sau khi quá trình trộn sơn kết thúc thì sẽ có 1
piston khác đẩy lon sơn ra vị trị băng tải, lúc đó băng
tải hoạt động trở lại và đưa lon sơn tới vị trí cuối
băng tải đồng thời chạy qua cảm biến 5 (cảm biến
đếm sản phẩm) và kết thúc một chy kỳ hoạt động,
đồng thời hệ thống cấp lon hoạt động trở lại và khi
đếm đủ sản phẩm thì dừng toàn bộ hệ thống.
2.2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.2.1.

Tổng Quan Về PLC S7 – 1200

2.2.2.

Làm Việc Với Tia Portal Và PLC

S7 – 1200
2.2.3.

Nút Nhấn, Còi Báo

- Nút nhất ON: chọn loại thường hở (NO)
10


- Nút nhấn OFF: chọn loại thường đóng
(NC) bởi vì sử dụng nút nhấn dừng thường mở
có thể tạo ra tình huống nguy hiểm khi xảy ra hư
hỏng đứt dây dẫn điện nối nút nhấn dừng này.
- Nút nhấn E – STOP: chọn loại thường đóng
(NC)
2.2.4.

Cảm Biến

- Chọn loại cảm biến phù hợp với mức độ sử

dụng của đề tài.
- Mức độ của đề tài chỉ dừng ở việc phát hiện
vât tại một vị trí và đếm sản phẩm nên chọn cảm
biến quang thu phát chung.
- Chọn cảm biến quang NPN phù hợp với kiểu
đấu nối đầu vào của PLC (ngõ vào PLC đấu kiểu cấp
dòng).
2.2.5.

Động Cơ Điện Một Chiều

Cách chọn động cơ:
- Phù hợp mức độ sử dụng đề tài
- Dòng điện, công suất phù hợp
- Hiệu suất cao, độ bền cao, điều khiển đơn giản
2.2.1.

Van Điện Từ Solenoid
11


Cách chọn lựa van:
- Khoảng áp suất làm việc
- Cơ chế đóng mở nhanh
- Hoạt động ổn định, tốn ít năng lượng, độ bền
cao.
2.2.2.

Hệ Thống Khí Nén

 Cách chọn xy lanh khí nén
• Lực đẩy hay kéo của xy lanh:

Hình 2. 11: Sơ đồ tác động lực của xi lanh khí nén
tác động kép
Lực đẩy hay kéo của Piston gây bởi tác dụng của
khí nén có áp suất P được tính theo công thức:
F = P.A = [N]
12


Trong đó:
-

P là áp suất khí nén [Pa]
A là điện tích bề

-

[m2]
F lực tác dụng vuông góc với bề mặt

mặt

Piston

Piston [N]
Ví dụ: Xy lanh khí có thông số đường kính
piston là 100mm = 10cm
F = R (cm) x R (cm) x π (3.14) x 6kgf (áp suất

làm việc)
= 5 x 5 x 3.14 x 6kgf = 417kg
Như vậy với xy lanh có đường kính piston
100mm là áp suất làm việc 6kgf sẽ đẩy được vật
nặng 471kg chúng ta có thể áp dụng cho tất cả các
loại kích thước piston khác.

2.2.3.

Nguyên Lý Pha Màu

• Mô hình màu RYB

13


Hình 2. 13: Mô hình màu RYB
Hệ màu RYB (Red – Yellow – Blue, tức
Đỏ - Vàng - Xanh) là cơ sở tọa nên bánh xe
màu. Trong lĩnh vực hội họa, các họa sĩ
thường pha màu theo hệ Đỏ - Vàng - Xanh
này và họ gọi là pha màu theo phép trừ.
-

Ba màu gốc (tiếng Anh gọi là primary)

-

gồm Đỏ - Vàng – Xanh dương.
Ba màu cấp hai (secondary) được pha từ

ba màu gốc theo cách sau:
Đỏ + Vàng = Da cam
Đỏ + Lam = Tím
Vàng + Lam = Lục

14


CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
3.1.

THIẾT KẾ SƠ ĐỒ KHỐI HỆ

THỐNG

Khối điều khiển giám sát

Khối cảm biến
Khối xử lý trung tâm

Cơ cấu chấp hành

Khối điều khiển

Khối nguồn

15


Hình 3. 1: Sơ đồ khối của hệ thống

3.2.

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

MẠCH
3.2.1.

Thiết kế Khối Xử Lý Trung Tâm

Hình 3. 2: PLC S7-1200 CPU 1214C AC/DC/RLY

16


Hình 3. 3: Module mở rộng S7-1200 SM 1222 DQ
16RLY
3.2.2.

Thiết Kế Khối Điều Khiển

17


a) Kết nối với PLC S7- 1200

b) Kết nối với module mở rộng DQ 16RLY
24VDC
18

Hình 3. 6: Sơ đồ đấu nối phần cứng cho toàn mô
hình.

Hình 3. 7: Sơ đồ đấu nối động cơ và van với Relay
Bảng 3. 1: Địa chỉ Input/Output kết nối phần cứng
mô hình
STT
1

Địa chỉ
I0.0

Kí hiệu
CB6

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

I0.1
I0.2
I0.3
I0.4

I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
Q0.0
Q0.1

ON
OFF
ES
CB1
CB2
CB3
CB4
CB5
PT1
DC1

M
Cảm biến đếm số
cơ
Nút nhấn khởi
Nút nhấn dừ
Nút nhấn dừng k
Cảm biến v
Cảm biến v
Cảm biến vị
Cảm biến v
Cảm biến đ
Piston

Động cơ
19


12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
3.2.3.

Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
Q1.0
Q1.1
Q2.0
Q2.1
Q2.2

V1

V2
V3
PT2
PT3
PT4
PT5
PT6
DC2
PT7
CBL

Van điện
Van điện
Van điện
4 Piston k
2 Piston n
Piston đẩy
Piston đ
2 Piston đẩy
Động
Piston nâng
Còi b

Thiết Kế Khối Cảm Biến

Hình 3. 4: Cảm biến quang phát hiện vật E3F

Hình 3. 5: Cảm biến quang điện Panadac 914C EESPX DC
20

3.2.4.
3.2.5.

Thiết Kế Khối Điều Khiển Giám Sát
Thiết Kế Khối Cơ Cấu Chấp Hành

• Động cơ DC
- Động cơ DC 24V gắn thêm bộ giảm tốc dùng
cho băng tải

Hình 3. 14: Motor DC 24V gắn thêm bộ giảm
tốc
- Động cơ DC gắn thêm bộ giảm tốc dùng để trộn
sơn

21


Hình 3. 15: Motor giảm tốc Tsukasa TG-85PCH-39.6
• Van điện từ Solenoid

Hình 3. 16: Van điện từ UNID UW-15 DC24V
• Xy lanh khí nén

Hình 3. 17: Xy lanh tác động 2 đầu khí nén
22


• Van tiết lưu

Hình 3. 24: Van tiết lưu PL 1 đầu gen
•

Van khí nén

Hình 3. 25: Van khí nén SMC VQ1100
3.2.6.

Thiết Kế Khối Nguồn

23


Hình 3. 26: Nguồn tổ ong 24V/5A
3.2.7.

Thiết Bị Đóng Cắt

Hình 3. 27: Rơle trung gian OMROM MY4N –
DC24V

24


Hình 3. 28: Aptomat SINO

25