Đồ án tốt nghiệp Kỹ thuật điện tử truyền thông: Điều khiển và giám sát dây chuyền chiết rót sử dụng S7 1200
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.42 MB, 87 trang )
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍMINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC S7 - 1200
GVHD: Th.S. NGHUYỄN TẤN ĐỜI
SVTH: ĐỖ QUANG HUY
MSSV: 15141170
SVTH: NGÔ HOÀI NAM
MSSV: 15141214
Tp. Hồ ChíMinh - 12/2019
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍMINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
---------------------------------
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG
ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC S7 - 1200
GVHD: Th.S. NGHUYỄN TẤN ĐỜI
SVTH: ĐỖ QUANG HUY
MSSV: 15141170
SVTH: NGÔ HOÀI NAM
MSSV: 15141214
Tp. Hồ ChíMinh - 12/2019
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍMINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
VIỆT NAM
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP –
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
Y SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày tháng
năm 2019
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Đỗ Quang Huy
MSSV: 15141170
NgôHoài Nam
MSSV: 15141214
Chuyên ngành:
Kỹ thuật điện tử - truyền thông
Mãngành: 141
Hệ đào tạo:
Đại học chính quy
Mãhệ: 1
Khóa:
2015
Lớp: 15141DT
Họ tên sinh viên:
I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ
DỤNG PLC S7 – 1200
II. NHIỆM VỤ
1. Các số liệu ban đầu
- Nhì
n nhận tính cấp thiết vàvai tròquan trọng của việc điều khiển vàgiám sát hệ thống
chiết rót.
- Tiến hành tìm hiểu, nghiên cứu tài liệu, các môhình hiện tại liên quan tới đề tài để so
sánh, cải tiến.
- Nghiên cứu datasheet vàứng dụng của servo trong công nghiệp.
2. Nội dung thực hiện
- Nhiệm vụ 1: Kết nối PLC với Driver để điều khiển Servo Motor.
- Nhiệm vụ 2: Thiết kế vàthi công dây chuyền triết rót.
- Nhiệm vụ 3: Thiết kế giao diện SCADA giao tiếp với PLC vàdây chuyền thực tế.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S. Nguyễn Tấn Đời
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
BM. TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
i
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍMINH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
NAM
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC
SINH
----o0o---Tp. HCM, ngày tháng năm 2019
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên 1: Đỗ Quang Huy
Lớp: 15141DT2C
MSSV: 15141170
Họ tên sinh viên 2: NgôHoài Nam
Lớp: 15141DT2C
MSSV: 15141214
Tên đề tài:
ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT SỬ DỤNG PLC
S7-1200
Tuần/ngày
Nội dung
Kết quả dự kiến
Tuần 1 (26/08 – 31/08)
Nhận đề tài tốt nghiệp
Đề tài
Tuần 2 (02/09 – 07/09)
Viết đề cương
Đề cương DATN
Tuần 3 (09/09 – 14/09)
Thiết kế cơ khí
Bản vẽ 3D
Tuần 4 (16/09 – 21/09)
Thiết kế cơ khí
Bản vẽ 3D
Tuần 5 (23/09 – 28/09)
Gia công cơ khí
Kết nối các chi tiết cơ
Xác
nhận
GVHD
khí
Tuần 6 (30/09 – 05/10)
Gia công cơ khí
Kết nối các chi tiết cơ
khí
Tuần 7 (07/10 – 12/10)
Thiết kế, thi công hệ
Bản vẽ và tủ điện
thống điện
kết nối các thiết bị
điện
Tuần 8 (14/10 – 19/10)
Lập trình PLC
Code PLC
Tuần 9 (21/10 – 26/10)
Thiết kế giao diện
Giao diện Wincc
Wincc
giám sát
ii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tuần 10 (28/10 – 02/11)
Lắp đặt hệ thống và
Dây chuyền
chạy thử nghiệm
Tuần 11 (04/11 – 09/11)
Tuần 12 (11/11 – 16/11)
Lắp đặt hệ thống và
Kết quả chạy thử
chạy thử nghiệm
nghiệm
Viết báo cáo + cân
Báo cáo phần cơ
chỉnh hệ thống
sở lý thuyết, cân
chỉnh băng tải
Tuần 13 (18/11 – 23/11)
Viết báo cáo + cân
Báo cáo phần tính
chỉnh hệ thống
toán, cân chỉnh
mâm xoay
Tuần 14 (25/11 – 30/11)
Viết báo cáo + cân
Báo cáo phần thiết
chỉnh hệ thống
kế, cân chỉnh khối
dán nhãn
Tuần 15 (02/12 – 07/12)
Viết báo cáo + cân
Báo cáo phần thực
chỉnh hệ thống
hiện, cân chỉnh
khối kiểm tra
Tuần 16 (09/12 – 14/12)
Viết báo cáo + cân
Báo cáo phần thực
chỉnh hệ thống
hiện, cân chỉnh hệ
thống dây dẫn
Tuần 17 (16/12 – 21/12)
Hoàn thành
GV HƯỚNG DẪN
(Kývàghi rõhọ vàtên)
iii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CAM ĐOAN
-
Tên đề tài: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT
SỬ DỤNG PLC S7 - 1200
-
GVHD: Th.S. NGUYỄN TẤN ĐỜI
-
Họ vàtên sinh viên 1:
MSSV:
15141170
Số điện thoại liên lạc:
ĐỖ QUANG HUY
Lớp: 15141DT2C
0972993676
Email:
-
Họ vàtên sinh viên 2:
MSSV:
15141214
Số điện thoại liên lạc:
NGÔ HOÀI NAM
Lớp: 15141DT2C
0349078300
Email:
“ Tôi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là do chính tôi nghiên cứu làthực
hiện. Tôi không sao chép từ bất kìmột bài viết nào đã được công bố mà không trí
ch
dẫn nguồn gốc. Nếu cóbất kìmột sự vi phạm nào, tối xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”.
Người thực hiện đề tài
Đỗ Quang Huy
NgôHoài Nam
iv
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Tấn Đời – Giảng viên bộ môn
Tự Động Điều Khiển đã trực tiếp hướng dẫn vàtận tình giúp đỡ tạo điều kiện để hoàn
thành tốt đề tài.
Em xin gởi lời chân thành cảm ơn các thầy côtrong khoa Điện – Điện Tử đã tạo ra
những điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài.
Em cũng gửi lời cảm ơn đến các bạn trong lớp đã chia sẻ trao đổi kiến thức cũng như
những kinh nghiệm quýbáu trong thời gian thực hiện đề tài.
Xin chân thành cảm ơn!
Người thực hiện đề tài
Đỗ Quang Huy
NgôHoài Nam
v
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................... i
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..................................................... ii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. v
MỤC LỤC ..................................................................................................................... vi
LIỆT KÊ HÌNH ............................................................................................................. ix
LIỆT KÊ BẢNG ............................................................................................................. x
TÓM TẮT...................................................................................................................... xi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ....................................................................................................... 1
1.2 MỤC TIÊU............................................................................................................ 1
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 1
1.4 BỐ CỤC ................................................................................................................ 2
1.5 GIỚI HẠN ............................................................................................................. 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................... 3
2.1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT................................................ 3
2.1.1 Giới thiệu............................................................................................................ 3
2.1.2 Các hệ thống chiết rót cósẵn trên thị trường ..................................................... 3
2.1.3 Các loại máy dán nhãn công nghiệp trên thị trường hiện nay ........................... 6
2.2 TỔNG QUAN VỀ PLC ........................................................................................ 8
2.2.1 PLC làgì? ...................................................................................................... 8
2.2.2 Cấu tạo của PLC ............................................................................................. 9
2.2.3. Đặc điểm vàvai tròcủa PLC ....................................................................... 10
2.2.3.1. Đặc điểm................................................................................................ 10
2.2.3.2. Vai trò.................................................................................................... 11
2.3 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 - 1200 ........................................................................ 11
2.3.1 Khái niệm chung về PLC S7 – 1200 ............................................................ 11
2.3.2. Các thành phần chính của PLC S7 – 1200 .................................................. 12
2.3.3. Các dòng chính của CPU S7 – 1200 ............................................................ 12
2.3.4. Module mở rộng PLC S7 – 1200 ................................................................. 13
vi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.3.5. Các tính năng nổi bật của PLC S7 – 1200 ................................................... 14
2.4 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN MỀM HỖ TRỢ ............................................... 14
2.4.1. TIA portal V13............................................................................................. 14
2.4.2. WinCC professional ..................................................................................... 16
2.5 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ SERVO ............................................................. 17
2.5.1 Động cơ servo là gì ? .................................................................................... 17
2.5.2 Cơ cấu hoạt động .......................................................................................... 18
2.5.3 Sơ đồ hồi thiếp vòng kín ............................................................................... 18
2.5.4 Phương pháp điều khiển hệ servo ................................................................. 18
2.5.4.1 Điều khiển vị trí...................................................................................... 18
2.5.4.2 Điều khiển tốc độ ................................................................................... 19
2.5.4.3 Điều khiển Mômen ................................................................................. 19
2.5.5 Các lệnh điều khiển trong khối motion......................................................... 20
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ ................................................................ 22
3.1 YÊU CẦU THIẾT KẾ ........................................................................................ 22
3.2 MÔ TẢ HỆ THỐNG ........................................................................................... 22
3.3 THIẾT KẾ PHẦN CƠ KHÍ ............................................................................. 23
3.3.1 Chọn băng tải ................................................................................................ 23
3.3.2 Chọn khung sườn .......................................................................................... 23
3.3.3 Chọn mâm xoay ............................................................................................ 24
3.3 THIẾT KẾ PHẦN ĐIỆN .................................................................................... 25
3.3.1 Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................... 25
3.3.2 Lựa chọn thiết bị cho hệ thống ..................................................................... 26
3.3.2.1 Khối điều khiển PLC S7 - 1200 ............................................................. 26
3.3.2.2 Khối nguồn ............................................................................................. 27
3.3.2.3 Khối nút nhấn ......................................................................................... 28
3.3.2.4 Đèn báo ................................................................................................... 29
3.3.2.5 Thiết bị đóng ngắt Relay ........................................................................ 30
3.3.2.6 Khối chiết rót .......................................................................................... 31
3.3.2.7 Khối đóng nắp ........................................................................................ 32
3.3.2.8 Khối dán nhãn ........................................................................................ 35
3.3.2.9 Khối phân loại ........................................................................................ 36
3.3.2.10 Khối mâm xoay .................................................................................... 39
vii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3.4 SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC ............................................................................. 44
3.4.1 Sơ đồ mạch động lực Driver servo ............................................................... 44
3.4.2 Sơ đồ mạch động lực động cơ ...................................................................... 45
3.5 SƠ ĐỒ KẾT NỐI HỆ THỐNG........................................................................... 45
3.6 SƠ ĐỒ KẾT NỐI PLC VỚI DRIVER SERVO ................................................. 46
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ....................................................................... 47
4.1 GIỚI THIỆU ....................................................................................................... 47
4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG .................................................................................... 47
4.2.1 Thi công phần cơ khí .................................................................................... 48
4.2.1.1 Thi công hệ thống khínén ...................................................................... 48
4.2.1.2 Thi công hệ thống mâm xoay ................................................................. 49
4.2.2 Thi công phần điện ....................................................................................... 49
4.3 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT...................................................................................... 51
4.4 ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT ........................................................................... 53
4.4.1 Viết chương trình điều khiển ........................................................................ 53
4.4.2 Thiết kế giao diện giám sát ........................................................................... 59
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT....................................................................... 61
5.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ................................................................................. 61
5.2 KẾT QUẢ THỰC HIỆN ..................................................................................... 61
5.2.1 Kết quả phần cứng ........................................................................................ 61
5.2.2 Kết quả phần chiết rót ................................................................................... 62
5.2.3 Kết quả phần giám sát................................................................................... 63
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ............................................. 64
6.1 KẾT LUẬN ......................................................................................................... 64
6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................................... 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 65
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 66
viii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LIỆT KÊ HÌNH
Hì
nh 2. 1 Máy chiết rót bằng bơm bánh răng ................................................................ 3
Hì
nh 2. 2 Máy chiết rót bằng bơm piston ....................................................................... 4
Hì
nh 2. 3 Máy chiết rót bằng bơm trục vít..................................................................... 5
Hì
nh 2. 4 Máy chiết rót bằng lưu lượng kế .................................................................... 5
Hì
nh 2. 5 Máy chiết rót kiểu đối lưu .............................................................................. 6
Hì
nh 2. 6 Máy dán nhãn tự động .................................................................................... 7
Hì
nh 2. 7 Máy dán nhãn bán tự động ............................................................................. 7
Hì
nh 2. 8 Máy dán nhãn thủ công .................................................................................. 8
Hì
nh 2. 9 Cấu tạo cơ bản của PLC ................................................................................ 9
Hì
nh 2. 10 PLC S7 - 1200............................................................................................. 11
Hì
nh 2. 11 Cấu tạo của bộ điều khiển CPU S7 - 1200................................................. 12
Hì
nh 2. 12 TIA portal V13 ............................................................................................ 15
Hì
nh 2. 13 Các loại Wincc............................................................................................ 16
Hì
nh 2. 14 Servo AC ..................................................................................................... 17
Hình 2. 15 Sơ đồ hồi tiếp vòng kín Servo ..................................................................... 18
Hì
nh 3. 1 Bảng vẽ 3D hệ thống .................................................................................... 22
Hình 3. 2 Băng tải......................................................................................................... 23
Hì
nh 3. 3 Sắt V ( 3x3 ) .................................................................................................. 23
Hình 3. 4 Mâm dưới...................................................................................................... 24
Hì
nh 3. 5 Mâm trên....................................................................................................... 24
Hình 3. 6 Sơ đồ khối của hệ thống ............................................................................... 25
Hì
nh 3. 7 PLC S7 – 1200 DC/DC/DC .......................................................................... 26
Hì
nh 3. 8 Nguồn tổ ong trong thực tế ........................................................................... 28
Hì
nh 3. 9 nút nhấn ........................................................................................................ 29
Hì
nh 3. 10 Đèn báo....................................................................................................... 29
Hì
nh 3. 11 Relay trong thực tế ..................................................................................... 30
Hình 3. 12 Động cơ bơm nước 12VDC ........................................................................ 31
Hình 3. 13 Động cơ vặn nắp chai ................................................................................. 32
Hì
nh 3. 14 Xi – lanh TN20x150 .................................................................................... 33
Hì
nh 3. 15 Van khínén SY3120-5LZ-M5 ..................................................................... 33
Hì
nh 3. 16 Môtả hoạt động cảm biến quang .............................................................. 34
Hì
nh 3. 17 Sơ đồ cấu tạo và đấu dây............................................................................ 34
Hì
nh 3. 18 Cảm biến quang trong thực tế .................................................................... 35
Hình 3. 19 Động cơ dán nhãn ...................................................................................... 35
Hình 3. 20 Sơ đồ cấu tạo và đấu dây............................................................................ 36
Hì
nh 3. 21 Cảm biến dán nhãn trong thực tế ............................................................... 36
Hình 3. 22 Sơ đồ đấu dây ............................................................................................. 37
Hì
nh 3. 23 Cảm biến trong thực tế ............................................................................... 37
Hì
nh 3. 24 Cấu tạo xi-lanh ........................................................................................... 38
ix
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 3. 25 Động cơ AC Servo R7M-A40030 ............................................................... 39
Hì
nh 3. 26 Driver R7D-AP04H .................................................................................... 41
Hì
nh 3. 27 Cơ đồ cấu tạo và đấu dây ........................................................................... 43
Hì
nh 3. 28 Cảm biến tiệm cận trong thực tế ................................................................ 43
Hình 3. 29 Sơ đồ nối dây driver servo .......................................................................... 44
Hình 3. 30 sơ đồ mạch động lực động cơ ..................................................................... 45
Hình 3. 31 Sơ đồ kết nối hệ thống ................................................................................ 45
Hình 3. 32 Sơ đồ kết nối PLC với Driver Servo ........................................................... 46
Hì
nh 4. 1 Nguyên lýthi công khínén ........................................................................... 48
Hì
nh 4. 2 Lắp đặt xi-lanh cho hệ thống ........................................................................ 48
Hình 4. 3 Cơ cấu mâm xoay ......................................................................................... 49
Hì
nh 4. 4 Bảng điện hệ thống ....................................................................................... 49
Hì
nh 4. 5 Sơ đồ đi dây hệ thống ................................................................................... 50
Hì
nh 4. 6 Lưu đồ giải thuật .......................................................................................... 52
Hình 4. 7 Đặt tên cho dự án ......................................................................................... 54
Hì
nh 4. 8 Chọn loại bộ điều khiển để lập trì
nh ............................................................ 54
Hì
nh 4. 9 Giao diện viết chương trình PLC ................................................................. 55
Hì
nh 4. 10 Tạo hệ trục Axis .......................................................................................... 56
Hì
nh 4. 11 Chọn xung và đơn vị khoảng cách cho Axis ............................................... 57
Hì
nh 4. 12 Thiết lập kiểu phát xung và chân điều khiển Axis ...................................... 57
Hì
nh 4. 13 Thiết lập thông số cho động cơ .................................................................. 58
Hì
nh 4. 14 Chọn tốc độ vàthời gian cho động cơ........................................................ 58
Hì
nh 4. 15 Kết nối giữa PLC với Wincc ....................................................................... 60
Hì
nh 4. 16 Xây dựng giao diện giám sát SCADA........................................................ 60
Hì
nh 5. 1 Kết quả phần cứng ........................................................................................ 61
Hì
nh 5. 2 Kết quả thực nghiệm chiết rót ...................................................................... 62
Hì
nh 5. 3 Kết quả giao diện giám sát chí
nh ................................................................. 63
Hì
nh 5. 4 Kết quả giao diện giám sát điều khiển ......................................................... 63
LIỆT KÊ BẢNG
Bảng 2. 1 Đặc tính kỹ thuật của PLC S7 - 1200........................................................... 13
Bảng 2. 2 Đặc tính module mở rộng của PLC S7 – 1200 ............................................ 13
Bảng 3. 1 Catalog PLC S7-1200 .................................................................................. 27
Bảng 4. 1 Danh sách linh kiện...................................................................................... 47
Bảng 4. 2 Bảng tag các ngõvào, ngõra ...................................................................... 55
x
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÓM TẮT
Đề tài tốt nghiệp đề cập đến việc thiết kế giao diện để điều khiển, giám sát
vàthu thập dữ liệu từ dây chuyền chiết rót. Giao diện được thiết kế trên phần mềm
Wincc của hãng Siemens với thiết kế đẹp mắt và đầy đủ các tính năng cần thiết cho
người vận hành cũng như người giám sát hệ thống. Khóa luận cũng hướng dẫn cụ thể
các bước để các bạn khóa sau cóthể tham khảo lập trì
nh trên Wincc một cách dễ dàng.
Với các chức năng cần thiết, phân quyền người dùng trong Wincc, thiết kế giao diện từ
thư viện, tạo nút nhấn…
Dây chuyền được điều khiển thông qua PLC S7-1200 của Siemens đây cũng
làloại PLC cao cấp của Siemens sử dụng rộng rãi trong các khu công nghiệp tự động
vừa vàlớn với yêu cầu ổn định vàchất lượng cao. Dây chuyền điều khiển thiết kế đơn
giản với 2 băng tải cóchức năng vận chuyển chai, các hệ thống vòi chiết rót, hệ thống
cấp nắp, vặn nắp, dán nhãn và mâm xoay đưa các chai vào đúng vị trí
. Các cảm biến
khác bao gồm cảm biến quang để xác định vị tríchai, cảm biến tiệm cận để xác định
góc quay, cảm biến mực nước chất lỏng xác định mực nước được rót vào trong chai và
hệ thống khí nén cũng được sử dụng.
xi
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện tử màtrong đó điều khiển tự động đóng vai tròhết sức quan trọng trong mọi lĩnh
vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phải
nắm bắt vàvận 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 vàtrong sự phát triển của kỹ thuật điều
khiển tự động nói riêng.
Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp códây chuyền sản xuất,
nhóm đã được thấy nhiều dây chuyền tự động hóa trong quátrình sản xuất. Một trong
những dây chuyền sản xuất tự đông 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 công trình trước đây, nhóm
quyết định chọn đề tài: “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT
RÓT SỬ DỤNG S7-1200” để nghiên cứu vàthực hiện đề tài tốt nghiệp.
1.2 MỤC TIÊU
Với đề tài này mục tiêu mà nhóm đề ra để giải quyết các công việc như sau:
-
Nghiên cứu ứng dụng vàgiao tiếp giữa PLC vàhệ Servo.
-
Thiết kế và thi công được hệ thống chiết rót.
-
Thiết kế được hệ SCADA công nghiệp
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1: Tìm hiểu vàtham khảo các tài liệu, giáo trì
nh, nghiên cứu các
chủ đề, nội dung liên quan vàđưa ra phương pháp thực hiện đề tài.
NỘI DUNG 2: Tìm hiểu về PLC S7 – 1200 vàphần mềm lập trì
nh.
NỘI DUNG 3: Thiết kế phần cứng của hệ thống .
NỘI DUNG 4: Thiết kế giải thuật điều khiển, lập trì
nh PLC, thiết kế giao diện
giám sát trên Wincc.
NỘI DUNG 5: Thử nghiệm, điều chỉnh phần mềm, phần cứng cho hệ thống tối
ưu, thu thập kết quả qua những lần thử nghiệm đánh giá tính ổn định của hệ thống.
NỘI DUNG 6: Viết quyển báo cáo tốt nghiệp.
NỘI DUNG 7: Báo cáo đồ án tốt nghiệp.
1
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.4 BỐ CỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Chương này trình bày, đặt vấn đề, dẫn nhập lýdo chọn đề tài, mục tiêu, nội dung
nghiên cứu, các giới hạn thông số vàbố cục đồ án.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu tổng quan về dây chuyền chiết rót, PLC S7- 1200, Driver Servo và
giới thiệu các phần mềm hỗ trợ, điều khiển Servo bằng các lệnh Motion.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Đặc tả phần cứng các thiết bị ngõvào, ngõra, thiết kế sơ đồ nguyên lý, tí
nh toán
vàthiết kế các khối: khối nguồn, khối băng tải, khối mâm xoay, khối dán nhãn, khối
kiểm tra.
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Thi công phần cứng vàthi công phần điện viết chương trình cho hệ thống.
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT
Nêu kết quả đạt được, hình ảnh hoạt động của mô hình, đánh giá tính ổn định
của hệ thống vàcác chức năng liên quan.
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Nêu kết luận về quátrình thực hiện vàthành quả đạt được, các vấn đề còn tồn
tại, đề ra hướng phát triển sản phẩm.
1.5 GIỚI HẠN
-
Dây chuyền chiết rót qui mônhỏ.
-
Chiết rót mỗi lần 1 chai.
-
Chưa đảm bảo độ chính xác của từng thiết bị.
-
Được điều khiển vàgiám sát trên Wincc.
2
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CHIẾT RÓT
2.1.1 Giới thiệu
Để cóthể 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 vàcác phần mềm được
hỗ trợ đều được trình bày trong chương này.
Cóthể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn chưa đựng trong các bao
bìdạng chai lọ nhất làtrong ngành thực phẩm vídụ như: bia, rượu, nước giải khát, v.v..
với nhiều ưu điểm nổi trội như giá thành hạ, cứng cáp, tí
nh 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 đóng nắp chai tự động cónhiều kích thước đa dạng, được sử dụng
kết hợp chung với dây chuyền chiết rót chất lỏng. Nókhông chỉ được sử dụng trong các
công ty lớn màcòn sử dụng ở các cơ sở sản xuất tư nhân nhỏ.
2.1.2 Các hệ thống chiết rót cósẵn trên thị trường
Trên thị trường các dòng máy chiết rót hiện nay, có5 dòng máy chiết rót được
ưa chuộng vàlàsự lựa chọn ưu tiên của các cơ sở sản xuất đó là: máy chiết rót bằng bơm
bánh răng, máy chiết rót bằng bơm piston, máy chiết rót bằng bơm trục ví
t, máy chiết
rót bằng lưu lượng kế vàmáy chiết rót kiểu đối lưu.
Máy chiết rót bằng bơm bánh răng
Hình 2. 1 Máy chiết rót bằng bơm bánh răng
3
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Máy chiết rót bằng bơm bánh răng hay còn gọi làmáy chiết rót tự động 8 đầu
(bơm rotary) thích hợp cho việc chiết rót các sản phẩm ngành thực phẩm, hóa mỹ
phẩm,… Cấu trúc dòng máy này được làm từ thép không gỉ vàhợp kim nhôm với thiết
kế thay đổi nhanh cho kích thước khác của chai. Máy chiết rót bằng bơm bánh răng
được thiết lập dựa trên màn hình cảm ứng hiện thị LCD, rất tiện dụng vàdễ dàng điều
chỉnh.
Hệ thống chiết rót bằng đầu bơm rotary, điều khiển bởi motor AC với biến tần
giúp thao tác rót mềm mại hơn, điều chỉnh lưu lượng dễ dàng. Hệ thống bơm bánh răng
hạn chế tối đa khả năng tạo bọt trong khi rót.
Dung tích chiết rót của dòng máy chiết rót bằng bơm bánh răng vào khoảng 250
– 5000ml với loại vòi ngâm không làm tràn chất lỏng lên chai và băng tải. Hệ thống
bơm và động cơ băng tải được bảo vệ toàn diện tránh sụt áp trong quátrì
nh vận hành.
Máy chiết rót bằng bơm piston
Hình 2. 2 Máy chiết rót bằng bơm piston
Máy chiết rót bằng bơm piston hay còn gọi làmáy chiết rót tự động 6 đầu (bơm
piston) cóthiết kế đầu bơm piston phù hợp trong các công việc chiết rót các chất lỏng
không hạt như dầu ăn, sữa tắm, dầu gội,…
Máy chiết rót bằng bơm piston điều khiển bởi motor servo, cho độ chí
nh xác
chiết rót cao, phùhợp các sản phẩm yêu cầu định lượng động chuẩn chỉnh cao. Dòng
máy được sản xuất kèm thiết bị bảo vệ “không chai – không chiết rót” với loại vòi ngâm
không làm tràn chất lỏng. Bơm piston hoạt động trơn tru và linh hoạt, màn hì
nh cảm
ứng điều khiển hỗ trợ tối đa các thao tác điều chỉnh.
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Máy chiết rót bằng bơm trục ví
t
Hình 2. 3 Máy chiết rót bằng bơm trục vít
Máy chiết rót bằng bơm trục ví
t hay còn gọi làmáy chiết rót tự động 8 đầu (bơm
trục ví
t) với thiết kế phùhợp với chiết rót các loại dầu nhớt.
Mỗi đầu bơm trục vítcủa dòng máy này được điều khiển bởi một motor AC riêng
biệt nên độ chính xác khi rót rất cao. Loại vòi ngâm sử dụng cho máy chiết rót này hạn
chế tối đa sản sinh bọt khívàtránh chất lỏng văng ra ngoài. Người sử dụng cóthể dễ
dàng điều chỉnh, cài đặt các thông số thông qua màn hì
nh LCD cảm ứng.
Máy chiết rót bằng lưu lượng kế
Hình 2. 4 Máy chiết rót bằng lưu lượng kế
Máy chiết rót bằng lưu lượng kế làdòng máy chiết rót 10 đầu dạng định lượng
được sử dụng chiết chính xác hơn vàdễ dàng cho các thao tác vệ sinh. Loại máy này
phùhợp với việc chiết các chất lỏng có độ nhớt, đậm đặc.
Phạm vi chiết rót của máy chiết rót bằng lưu lượng kế rộng đồng thời cóthiết kế
giảm tạo bọt tối ưu khi chiết rót. Cấu trúc máy cho phép cài đặt tiêu chuẩn vàlưu lượng
định mức sản phẩm chuẩn xác một cách tối đa.
5
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Máy chiết rót kiểu đối lưu
Máy chiết rót kiểu đối lưu hay còn gọi là đẳng áp được thiết kế thuận tiện cho
việc rót nước khoáng hay nước ép trái cây.
Hình 2. 5 Máy chiết rót kiểu đối lưu
Dung tích chiết rót của dòng máy này vào khoảng 500 – 1500ml. Thiết kế vòi
ngâm hỗ trợ ổn định chất lỏng không gây tràn. Bên cạnh đó, dòng máy này cũng được
tí
ch hợp màn hình cảm ứng hiệu Proface với hệ thống điều khiển PLC hiệu Mitsubishi.
2.1.3 Các loại máy dán nhãn công nghiệp trên thị trường hiện nay
Phân loại theo mức độ tự động hóa, cóthể tạm chia máy dán nhãn thành 3 loại:
Máy dán nhãn tự động
Máy dán nhãn tự động cóthể tự động điều chình cho phùhợp để dán nhiều loại
chai, lo, sản phẩm hình trụ, dẹp có kích thước, kiểu đặt khác nhau.
Máy dán nhãn tự động tốc độ cao thường sử dụng ống keo cuộn dán giấy không
cần điều chỉnh, lắp đặt hệ thống đưa sản phẩm vào vị trícần dán nhãn vàsản phẩm hoàn
thiện ra ngoài hoàn toàn tự động.
Thao tác máy một lần đã có thể hoàn thành việc dán nhãn. Thời gian dán nhãn
nhanh chóng vàliên tục đem lại sản lượng rất lớn.
6
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 2. 6 Máy dán nhãn tự động
Các máy dán nhãn tự động sử dụng màn hì
nh hiển thị các thông số cho người
dùng, hệ thống băng tải sản phẩm giúp các thông số của công đoạn dán nhãn luôn được
kiểm soát, đảm bảo tốc độ dán nhãn vàtốc độ cấp sản phẩm vào/ra được đồng bộ.
Máy dán nhãn bán tự động
Máy dán nhãn bán tự động giúp giảm chi phí đầu tư, phù hợp với các dây chuyền
nhỏ hoặc quy môhộ gia đình sản xuất loại sản phẩm năng suất không cần cao vàtận
dụng lao động một cách tối đa.
Hình 2. 7 Máy dán nhãn bán tự động
Máy dán nhãn bán tự động được thiết kế tối ưu, không bị cuốn nhãn trong quá
trì
nh dán, in date, các thông số, barcode sử dụng mực ruy bang khôgia nhiệt in lên decal
có độ bám dính tốt, đáng tin cậy.
Máy tự động dán nhãn sử dụng bộ lập trình PLC điều khiển giúp máy xử lýnhanh
hơn, chính xác hơn, phầm mềm điều khiển thân thiện dễ sử dụng.
7
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Thiết kế máy dán nhãn tự động nhỏ gọn dễ dàng di chuyển, không tốn chi phí
bảo trì
, giátrị đầu tư thấp, máy cóthể đạt năng suất dán lên đến vài nghì
n sản phẩm/giờ.
Máy dán nhãn thủ công
Máy dán nhãn thủ công gồm máy dán nhãn chai tròn vàmáy dán nhãn cầm tay.
-
Ưu điểm của máy dán nhãn chai tròn thủ công:
-
Ưu điểm lớn nhất làtiết kiệm chi phívìmáy không sử dụng năng lượng
hoàn toàn bằng thủ công.
-
Máy dán nhãn chai tròn thủ công cóthể để bàn tiết kiệm được không gian
vàdễ sử dụng.
Hình 2. 8 Máy dán nhãn thủ công
2.2 TỔNG QUAN VỀ PLC
2.2.1 PLC làgì?
PLC (Programmable Logic Controller) dịch sát nghĩa là thiết bị điều khiển lập
trình được (khả trình) giúp chúng ta có thể thực hiện các thuật toán điều khiển logic
thông qua một ngôn ngữ lập trình (Ladder hoặc State logic) một cách linh hoạt.
Người sử dụng PLC cóthể lập trì
nh nóđể thực hiện hàng loạt trì
nh tự các quátrì
nh
(sự kiện), các quá trình này được kí
ch hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động
vào PLC hoặc qua các hoạt động có thời gian trễ. Một khi quá trình được kí
ch hoạt,
PLC sẽ bật ON hoặc OFF thiết bị điều khiển bên ngoài.
PLC thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có chức
năng điều chỉnh (như PID, mờ,...) vàcác chức năng tính toán khác. Lúc đầu, PLC chủ
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
yếu được ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế tạo, điều khiển các quátrì
nh rời
rạc. Trong các hệ SCADA, PLC phát huy được nhiều ưu điểm vàthế mạnh.
2.2.2 Cấu tạo của PLC
Hình 2. 9 Cấu tạo cơ bản của PLC
Khối xử lý(CPU)
Để đáp ứng được yêu cầu đã nêu thì PLC cần phải có CPU như một máy tí
nh
thực thụ. CPU được xem là bộ não của PLC, nó quyết định tốc độ xử lý cũng như khả
năng điều khiển chuyên biệt của PLC.
CPU lànơi đọc tín hiệu ngõvào từ khối vào, xử lývàxuất tí
n hiệu tới khối ra.
CPU còn chứa các khối chứa năng phổ biến như Counter, Timer, lệnh toán học, chuyển
đổi dữ liệu… và các hàm chuyên dụng.
Khối ngõvào (Module Input)
Có hai loại ngõ vào là ngõ vào số DI (Digital Input) và ngõ vào tương tự AI
(Analog Input).
Ngõvào DI kết nối với các thiết bị tạo ra tí
n hiệu dạng nhị phân như: công tắc, nút
nhấn, công tắc hành trình, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận.
Ngõ vào AI kết nối với các thiết bị tạo ra tín hiệu liên tục như: các loại cảm biến
nhiệt độ, áp suất, khoảng cách, độ ẩm. Khi kết nối cần chú ý đến sự tương thích giữa
tín hiệu ngõ ra cảm biến với tín hiệu vào mà module AI có thể đọc được. Mỗi module
AI sẽ có khả năng đọc tín hiệu tương tự khác nhau: đọc dòng điện, điện áp, tổng trở.
Một thông số quan trọng khác của các module AI là độ phân giải, thông số này cho biết
độ chí
nh xác khi thực hiện chuyển đổi ADC.
9
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Khối ngõra (Module Output)
Có 2 loại ngõ ra là ngõ ra số DO (Digital Output) và ngõ ra tương tự AO (Analog
Output).
Ngõ ra DO kết nối với các cơ cấu chấp hành điều khiển theo quy tắc On/Off như:
đèn báo, chuông, van điện, động cơ không điều khiển tốc độ.
Ngõ ra AO kết nối với các cơ cấu chấp hành cần tín hiệu điều khiển liên tục: biến
tần, van tuyến tính.
2.2.3. Đặc điểm vàvai tròcủa PLC
2.2.3.1. Đặc điểm
Ưu điểm
Khả năng điều khiển chương trình linh hoạt. Khi cần thay đổi yêu cầu, đối tượng
điều khiển chỉ cần thay đổi chương trình thông qua việc lập trì
nh.
Số lượng Timer, Counter, Relay trung gian rất lớn. PLC còn hỗ trợ nhiều khối
hàm cóchức năng chuyên dụng: phát xung tốc độ cao, bộ đếm tốc độ cao, bộ điều khiển
PID…
Tiết kiệm thời gian nối dây, mạch điều khiển lúc này đã được thay thế hoàn toàn
bằng chương trình PLC.
Cấu trúc dạng Module giúp PLC có tính năng mềm dẻo, không bị cứng hóa về
phần cứng. Người dùng dễ dàng lựa chọn những module nào cần thiết với yêu cầu điều
khiển hiện tại giúp tiết kiệm chi phí. Cấu trúc dạng module của PLC giúp việc mở rộng
quy môđiều khiển đơn giản, tiết kiệm, không cần phải trang bị CPU mới. Tuy nhiên khi
mở rộng cần chúýtới khả năng kết nối tối đa của CPU.
Khả năng truyền thông, nối mạng với máy tí
nh hay với PLC khác. Khả năng này
đáp ứng yêu cầu điều khiển, giám sát từ xa, xây dựng hệ thống SCADA.
Hoạt động với độ tin cậy cao, chống nhiễu tốt trong môi trường công nghiệp.
Nhược điểm
Phạm vi ứng dụng hạn chế do giácao nên không đáp ứng các yêu cầu điều khiển
đơn giản. Với những yêu cầu này thìbộ điều khiển tiếp điểm sẽ hiệu quả kinh tế hơn.
Yêu cầu người lắp đặt ban đầu, lập trì
nh phải cóhiểu biết chuyên môn về PLC.
10
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2.2.3.2. Vai trò
Với những ưu nhược điểm như đã nêu trên, PLC thể hiện ưu điểm vượt trội và
hiện nay đã thay thế hệ thống điều khiển tiếp điểm truyền thống trong các nhà máy, dây
chuyền công nghệ. Việc thay thế này giúp hệ thống hoạt động tin cậy vàhiệu quả hơn,
tiết kiệm nhân công và tránh những thao tác sai của người vận hành.
2.3 GIỚI THIỆU VỀ PLC S7 - 1200
2.3.1 Khái niệm chung về PLC S7 – 1200
Hình 2. 10 PLC S7 - 1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7200. So với S7-200 thìS7-1200 cónhững tính năng nổi trội sau:
S7-1200 làmột dòng của bộ điều khiển logic lập trì
nh (PLC) cóthể kiểm soát
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phíthấp, vàmột tập lệnh mạnh làm
cho chúng ta cónhững giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200.
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,
các đầu vào/ra (DI/DO).
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn,
các đầu vào/ra (DI/DO).
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU vàchương trì
nh
điều khiển:
Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào
PLC.
Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mì
nh.
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet vàTCP/IP. Ngoài
ra bạn cóthể dùng các module truyền thong mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 làStep7 Basic. Step7 Basic hỗ trợ ba
ngôn ngữ lập trình làFBD, LAD vàSCL. Phần mềm này được tí
ch hợp trong TIA Portal
của Siemens.
2.3.2. Các thành phần chính của PLC S7 – 1200
bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau
giống như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng.
mạch tương tự vàsố mở rộng điều khiển mô-đun trực tiếp trên CPU làm
giảm chi phísản phẩm .
13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau.
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP.
Bổ sung 4 cổng Ethernet.
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp
24 VDC.
Hình 2. 11 Cấu tạo của bộ điều khiển CPU S7 - 1200
Các module CPU khác nhau cóhì
nh dạng, chức năng, tốc độ xử lý, bộ nhớ
chương trình khác nhau…
2.3.3. Các dòng chí
nh của CPU S7 – 1200
S7 – 1200 có 5 dòng làCPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C,
CPU 1217C.
12
