Báo cáo khoa học cấp khoa SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG VÀ PLC_S7200 ĐỂ KIỂM TRA DÂYTRUYỀN SẢN XUẤT NƯỚC NGỌT

TRƯỜNG ĐHCNTT&TT

Cộng hòa xã hôi chủ nghĩa việt Nam

KHOA CN TỰ ĐỘNG HÓA

Độc lập - tự do - hạnh phúc

Báo cáo khoa học cấp khoa

SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG VÀ PLC_S7200 ĐỂ KIỂM TRA DÂY
TRUYỀN SẢN XUẤT NƯỚC NGỌT

Trường Đại Học Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông
Tóm tắt:
Ngày nay các hệ thống đo lường và lập trình PLC (sensor and program
logic controller) được ứng dụng nhiều trong dây truyền sản xuất trong công
nghiệp.Việc sử dụng các hệ thống đo lường và PLC làm cho hệ thống có tính
linh hoạt ,dễ dàng điều khiển và quan sát mang tính tự động hóa cao .Trong
báo cáo này chúng tôi giới thiệu về sensor và PLCs7_200 để kiểm tra hệ thống
dây chuyền sản xuất nước ngọt
i. Đặt vấn đề
-

Trong công nghiệp ,vấn đề kiểm tra chất lượng sản phẩm là yếu tố quan

trọng trong dây truyền sản xuất hàng loạt Trong công nghiệp sản xuất nước
ngọt ,thì kiểm tra quá trình chiết rót ,đóng nắp và dán nhãn là một khâu quan
trọng
- Để tiến hành kiểm tra dây chuyền sản xuất nước ngọt,ta có thể tiến hành 3
phương án như sau.

+)Phương án 1:Lắp đặt hệ thống điều khiển trung tâm dùng PLC s7_200 để
kiểm tra nước ngọt trong chai có được đầy hay không,nắp đẵ đóng hay chưa và
gián nhãn đã gián hay chưa ,gián đúng vị trí hay không.
+)Phương án 2: Mạch điều khiển tự động được thiết kế riêng biệt trong quá
trinh chiết rót ,đóng nắp và nhãn để kiểm tra san phẩm sử dụng vi điều khiển .

1


+)phương án 3:Sử dụng PC để kiểm tra hệ thống
Qua 3 phương án trên chúng tôi thấy phương án thứ nhất khả thi hơn vì ta
sử dụng PLC điều khiển xuyên suốt hệ thống kiểm tra lượng nước ngọt trang
chai,hệ thống đóng nắp,gián nhãn.Ngòai ra hệ thống sử dung PLC cho ta kiểm
tra sản phẩm tiện lợi ,tính linh hoạt cao
i I. giới thiệu về một số loại cảm biến
2.1 Cảm biến lân cận dạng điện dung

Hình 2.1: Cấu tạo cảm biến lân cận điện dung
a) Cấu tạo
Cảm biến lân cận dạng điện dung có cấu tạo gồm 4 phần như hình 3.5
+) Đầu phát hiện trong cảm biến lân cận dạng dạng điện dung là bản cực
của một tụ điện
+)Mạch dao động có nhiệm vụ tạo dao động điện từ tần số radio
+)Mạch phát hiện mức dùng để so sánh biên độ tín hiệu của mạch dao động
+)Mạch ngõ ra dùng để tạo mức logic cho tín hiệu ngõ ra của cảm biến
b) Nguyên lý hoạt động của cảm biến dạng điện dung
Khi mục tiêu cần phát hiện di chuyển đến gần đầu phát hiện của cảm biến sẽ
làm
Điện dung của tụ điện (được tạo bởi một bản cực là bề mặt của đầu thu và bản
cực còn lại chính là đối tượng ) C bị thay đổi .Khi điện dung của tụ điện bị thay

đổi thì mạch dao động sẽ tạo ra tín hiệu dao động .Khi tín hiệu dao động có
biên độ lớn hơn một ngưỡng đặt trước mạch phát hiện mức sẽ điều khiển mạch

2


ra ở trạng thái ON.Khi đối tượng ở xa cảm biến ,biên độ tín hiệu ở mạch dao
động sẽ nhỏ ,mạch phát hiện mức sẽ điều khiển mạch ra ở trang thái OFF.
C, Một số dạng của cảm biến lân cận dạng điện dung :
Dưới đây giới thiệu một số dạng cảm biến lân cận dạng điện dung :

Hình 2.2:Một số dạng cảm biến lân cận dạng điện dung của hãng
OMRON
2.2 Cấu trúc mạch ra của cảm biến điện dung

Hình 2.2: Mạch ra dạng NPN cực thu để hở

Hình 2.3: Mạch ra dạng PNP cực thu để hở
2.3 Ứng dụng của cảm biến lân cận dạng điện dung

3


Cảm biến lân cận dạng điện dung được dùng để phát hiện sự xuất
hiện của một vật thể kim loại hoặc phi kim tại một vị trí xác định trước (vị trí
đặt cảm biến ) như:Phát hiện thủy tinh ,nhựa chất lỏng ……
Dùng cảm biến lân cận dạng điện dung để phát hiện mực chất lỏng ko đầy trong
dây chuyền sản xuất chai nuớc ngọt và kiểm tra nắp chai đã được đóng hay chưa
3.1 Cảm biến quang
A, Cấu tạo cảm biến quang trong công nghiệp

Hình 3.1 Cấu tạo cảm biến quang dạng thu phat riêng

Hình 3.2 Cấu tạo cảm biến quang dạng thu phát chung
Cảm biến phần phát và phần thu:
4


+)Phần phát gồm 1 led phát hồng ngọai hoặc led phát laser có vai trò như một nguồn phát
sáng được đặt ngay tại tiêu điểm của thấu kính hội tụ nhằm mục đích tạo ra chum tia sáng
hẹp để chiếu đến phần thu
+)Phần thu gồm 1 tranzitor quang đặt ngay tại tiêu điểm của thấu kính hội tụ nhằm mục đích
tập trung ánh sáng rọi vào vào trazitor .Tranzitor quang thu được nối vào mạch ra để tạo mức
logic ở ngõ ra.
B, Một số cảm biến quang trong công nghiệp

Hnh 3.1: Dang thu phat chung không cần gương phản xạ

Hình 3.2:Dạng thu phát riêng
C, Cấu trúc mạch ra của cảm biến quang:

5


Hình 3.3: Mạch ra kiểu transistor NPN cưc thu để hở

Hình 3.4: Mạch ra kiểu transistor PNP cưc thu để hở
3.2 Ưng dụng của cảm biến quang
Dùng để phát hiện sự vật thể tại vị trí định trước như:dùng làm cảm biến phát hiện sản
phẩm trong các hệ thống đếm sản phẩm và đóng thùng sản phẩm,phát hiện có vật cản ở ngay

cửa của thang máy,phát hiện chấm đen ở đầu bao bì trong các hệ thống đóng gói sản phẩm
,kiểm tra vị trí dán nhãn . . .
III.GIỚI THIỆU VỀ PLC S7_200 CPU224 AC/DC/RLY
3.1 Cấu trúc một hệ thống PLC tiêu chuẩn:
Theo tiêu chuẩn chung bất cứ hệ thống PLC nào cũng gồm 3 phần:
•Phần cứng / Hard Ware.
•Firmware.
•Phần mềm / Software.
Nguyên lý làm việc của một PLC

6


3.2 Phần cứng PLC:
3.2.1 Thành phần:
Cấu trúc cơ bàn (nguyên thuỷ) của một PLC bao gồm:
Rack.

Power

Module.

CPU.

Các Module chức năng.
Ngoài ra có các biến thể khác của cấu trúc PLC như Brick PLC hay
“All in one PLC” (Các Micro PLC thường ở dạng này).
3.2.1.1 Rack:
Rack là thiết bị có chức năng kết nối tất cả các module PLC lại với nhau.
Rack rất quan trọng ở tốc độ truyền, khả năng chứa các module (số l ượng), kết

cấu lắp ráp ....Khi thi ết kế hệ thống, lựa chọn loại rack v à s ố rack là y ếu tố
quan trong để tối ưu hoá hệ thống phần cứng.
3.2.1.2 Power Module:
Power Module: là thành phần cấp nguồn điện điều khiển cho CPU và tất
cả các Module chức năng, ngoài ra nó cũng cấp các nguồn cho thiết bị ngoại vi,
chủ yếu là lo ại nguồn 24V. Power Module có nhiều loại phân biệt nhau bởi
công suất , điện áp vào và điện áp ra. Khi lựa chọn Power Module, điều quan
trong nhất là tính và chọn công suất để có thể cấp đủ cho toàn bộ hệ thống và
các ngo ại vi mà vẫn bảo đảm hệ số dự phòng cần thiết. Điện áp đầu ra của
Power Module có nhiều loại tương ứng với các CPU và các Module nên cần
tính công suất cho từng loại điện áp ra.
Các module chức năng rất đa dạng, có thể chia ra làm các loại đặc trưng
sau:
–Module vào ra (I /O).
–Module chức năng đặc biệt.

7


3.2.1.3 Module vào ra
Module vào ra chia làm 2 loại chính: –Module vào ra số (Digital I/O).
–Module vào ra tương tự (Analog I/O).
Các Module vào ra sô : Có các loại
–

Module DI.

–

Module DO.

– Module hỗn hợp.
Các tín hi ệu vào số DI có thể là sink hoặc source hoặc, có thể là 24V

8


Các tín hiệu ra số DQ: Có thể là Relay, có thể là PNP/NPN

Module tín hiệu Analog bao gồm:
– Module AI: 0..10V (+/ -10V); 0..20mA(4..20mA)
Module AQ:0..10V (+/-10V); 0..20mA(4..20mA)
– Module hỗn hợp AI/AO.
– Module cho cặp nhiệt, nhiệt điện trở.
– Module cho load cell...
IV.GHÉP NỐI CÁC THIẾT BỊ
1,Sơ đồ khối của hệ thống

9


RƠLE
ĐỘNG
CƠ GẠT
CHAI
LƯU
LƯỢNG
LỖI

RƠLE

ĐỘNG
CƠ GẠT
NÚT
CHAI
NỖI

RƠLE
ĐỘNG
CƠ GẠT
TRAI
DÁN
NHÃN
LỖI

PLC_S7200
CPU224
AC/DC/RLY

CẢM
BIẾN
TIỆM
CẬN
ĐIỆN
DUNG

CẢM
BIẾN
TIỆM
CẬN
ĐIỆN

DUNG

CẢM
BIẾN
QUANG

Trong đó :
-PLC :Bộ điều khiển trung tâm ,trực tiếp điều khiển hệ thống qua các mạch động lực .Thu
nhận và chuyển đổi tín hiệu từ các cảm biến tiệm cận điện dung,cảm biến quang
-Các thiết bị chấp hành :Các động cơ các van khí
-Cảm biến :Cảm biến tiệm cận điện dung kiểm tra mực chất lỏng trong chai nước ngọt ,nút
chai đã được đóng hay chưa .Cảm biến quang để kiểm tra nhãn đã được dán hay chưa và vị
trí dán nhãn đã đúng hay chưa
.Cảm biến tiệm cận điện dung ta dung loại E2K_C25ME1

10


Hình 4.1:cảm biến tiệm cận dạng điện dung E2KC_C25ME1
+) Cho phép phát hiện không tiếp xúc các vật liệu kim loại và phi kim lọai như kính gỗ nước
dầu ,nhựa . . .
+) Cho phép phát hiện gián tiếp các vật liệu bên trong thùng chứa phi kim loại
+)Có thể điều chỉnh khoảng cách phát hiện từ 3 đến 25mm
+)Có sẵn bộ khuyếch đại với nguồn điện áp cấp rộng và đầu ra tải tới 200mA
Đặc tính kỹ thuật

11


Cảm biến quang ta dùng lọai E3F3 photoelectric sensor chống nhiễu tốt với công nghệ

photor_IC

Hinh 4.2:Cảm biến quang điện E3F3
Đặc Tính kỹ thuật

12


2.SƠ ĐỒ GIAO TIẾP CHI TIẾT CÁC THANH PHẦN TRÊN ĐƯỢC MÔ TẢ NHƯ
SAU
Ký hiệu cảm biến điện dung

13


Ký hiệu cảm biến quang điện

Ghép nối cảm biến với PLC

Ghép nối các thiết bị nút bấm ,cảm biến ,và rơle

14


15


16