Đồ án tốt nghiệp điện – điện tử thiết kế, thi công hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp lon tự động

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN
-----------------⸙∆⸙-----------------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG PHA
TRỘN SƠN VÀ ĐÓNG NẮP LON TỰ ĐỘNG
GVHD: TS. Trần Vi Đô
SVTH: Lê Long Đỉnh

16151139

Nguyễn Quang Hải

16151150

Nguyễn Hồng Phước

13151074

Tp. Hồ Chí Minh tháng 8 năm 2020


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

----o0o----

Tp. HCM, ngày 8 tháng 8 năm 2020

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Long Đỉnh

MSSV:16151139

Nguyễn Quang Hải

MSSV:16151150

Nguyễn Hồng Phước

MSSV: 13151074

Chuyên ngành: Công nghệ Điều Khiển và Tự Động Hóa
Hệ đào tạo: Đại học chính quy
Khóa: 2016
I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG PHA TRỘN SƠN VÀ
ĐÓNG NẮP LON TỰ ĐỘNG
II. NHIỆM VỤ:
Nội dung thực hiện:

 Nội dung 1: Tìm hiểu về các hệ thống pha màu sơn, các quy tắc pha trộn màu
sơn
 Nội dung 2: Tìm hiểu về PLC S7 -1200, các thiết bị sử dụng trong hệ thống
 Nội dung 3: Tìm hiểu về các chuẩn truyền thông trong công nghiệp
 Nội dung 4: Thử nghiệm và lập bảng tỉ lệ màu sơn
 Nội dung 5: Thiết kế mô hình & thi công hệ thống
 Nội dung 6: Viết chương trình điều khiển hệ thống
 Nội dung 7: Thiết kế giao diện giám sát SCADA
 Nội dung 8: Liên kết và truyền dữ liệu giữa SQL Server và WINCC Runtime.
 Nội dung 9: Thiết kế giao diện điều khiển Webserver
 Nội dung 10: Đánh giá kết quả thực hiện
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/4/2020
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/8/2020
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Trần Vi Đô
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

ii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

----o0o----

Tp. HCM, ngày 8 tháng 8 năm 2020

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Long Đỉnh
Nguyễn Quang Hải
Nguyễn Hồng Phước

MSSV: 16151139
MSSV: 16151150
MSSV: 13151074

Tên đề tài: Thiết kế, thi công hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp lon tự động.

Xác nhận
GVHD

Tuần/ngày

Nội dung

20/4/2020

- Tìm hiểu về các hệ thống pha màu sơn, các quy tắc
pha trộn màu sơn.
- Tìm hiểu về PLC S7 -1200, các thiết bị sử dụng
trong hệ thống.

- 9/5/2020

10/5/2020- - Tìm hiểu về các chuẩn truyền thông Modbus
31/5/2020 TCP/IP
- Tìm hiểu và thiết kế Webserver.
1/6/20205/7/2020

- Lựa chọn thiết bị sử dụng và tiến hành thi công hệ
thống.
- Thử nghiệm và lập bảng tỉ lệ màu sơn

6/7/2020-

- Viết chương trình điều khiển

26/7/2020

- Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống.

27/7/2020- - Viết báo cáo luận văn, quay clip vận hành, làm
powerpoint trình chiếu.
8/8/2020

GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

iii


TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

----o0o----

Tp. HCM, ngày 8 tháng 8 năm 2020

LỜI CAM ĐOAN
Chúng tôi xin cam đoan đề tài: “Thiết Kế, Thi Công Hệ Thống Pha Trộn Sơn
Và Đóng Nắp Lon Tự Động” là một công trình nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của tiến
sĩ Trần Vi Đô, ngoài ra không có bất cứ sự sao chép của người khác. Đề tài, nội dung,
báo cáo tốt nghiệp là sản phẩm mà chúng tôi đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học
tập tại trường cũng như chương trình thực tập thực tế. Các số liệu và kết quả trình bày
trong báo cáo là hoàn toàn trung thực, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước
bộ môn và nhà trường nếu như có vấn đề xảy ra.

Người thực hiện đề tài
Lê Long Đỉnh
Nguyễn Quang Hải
Nguyễn Hồng Phước

iv

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại
Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung, các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử nói
riêng đã dạy dỗ cho chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên
ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúng
em trong suốt quá trình học tập.
Chúng em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến TS. Trần Vi Đô người đã
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm khoá luận.
Cuối cùng vì kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế, khả năng tiếp thu vấn đề còn
giới hạn nên không thể trách được những sai sót, chúng em mong nhận được sự quan
tâm giúp đỡ của các thầy cô để đồ án này được đầy đủ và hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Người thực hiện đề tài
Lê Long Đỉnh
Nguyễn Quang Hải
Nguyễn Hồng Phước

v


MỤC LỤC

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................ ii
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ....................................................iii
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iv
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. v
MỤC LỤC ...................................................................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................. x
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... xiv

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................. 1
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 1
1.2. Mục tiêu đề tài .......................................................................................................... 1
1.3. Giới hạn đề tài .......................................................................................................... 2
1.4. Bố cục đồ án ............................................................................................................. 2
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................... 3
2.1. Cơ sở lý thuyết về màu sơn và pha trộn sơn ............................................................ 3
2.1.1. Tổng quan về sơn ............................................................................................... 3
2.1.2. Công nghệ sản xuất sơn ..................................................................................... 4
2.1.3. Quy luật pha màu sơn [9] .................................................................................... 7
2.2. Cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình .......................................... 14
2.2.1. Tổng quan về PLC và PLC S7-1200 ............................................................... 14
2.2.1. Băng tải ............................................................................................................ 25
2.2.3. Cảm biến .......................................................................................................... 28
2.2.2. Cơ cấu xylanh .................................................................................................. 30
2.2.3. Van điện từ ....................................................................................................... 34
2.2.4. Động cơ DC ..................................................................................................... 36
2.2.5. Arduino ............................................................................................................ 38
2.3. TRUYỀN THÔNG MODBUS .............................................................................. 39
2.3.1. Modbus là gì? .................................................................................................. 39
2.3.2. Mô tả giao thức modbus .................................................................................. 40
2.3.3. Phân loại Modbus [8] ........................................................................................ 42
vi


2.4. Cơ sở lý thuyết về Web Server .............................................................................. 43
2.4.1 Truy cập vào Web Server. ................................................................................ 43
2.4.2. Trang web tự xây dựng[7]. ................................................................................ 45
2.4.3. Truy cập Webserver. ........................................................................................ 48
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ......................... 50

3.1. Yêu cầu hệ thống .................................................................................................... 50
3.2. Tính toán thiết kế ................................................................................................... 51
3.2.1. Quy trình vận hành của hệ thống ..................................................................... 51
3.2.2. Thiết kế phần cứng .......................................................................................... 52
3.2.3. Sơ đồ khối hệ thống ......................................................................................... 53
3.2.4. Sơ đồ kết nối .................................................................................................... 54
3.2.5. Lưu đồ giải thuật .............................................................................................. 59
3.3. Thiết bị sử dụng trong mô hình .............................................................................. 61
3.3.1. Cảm biến lưu lượng ......................................................................................... 61
3.3.2. Cảm biến vật cản hồng ngoại........................................................................... 62
3.3.3. Cảm biến siêu âm............................................................................................. 63
3.3.4. Cảm biến quang chữ U .................................................................................... 64
3.3.5. Van điện từ nước ............................................................................................. 65
3.3.6. Van điện từ khí nén .......................................................................................... 66
3.3.7. Van điện từ Airtac............................................................................................ 67
3.3.8. Van hút chân không dùng khí nén ................................................................... 68
3.3.9. Xy lanh kép ...................................................................................................... 68
3.3.10. Xylanh compact SMC.................................................................................... 69
3.3.11 Xylanh tròn PVN ............................................................................................ 69
3.3.12. Động cơ giảm tốc ........................................................................................... 70
3.4. Thiết bị trong tủ điện .............................................................................................. 71
3.4.1. PLC .................................................................................................................. 71
3.4.2. Module mở rộng .............................................................................................. 72
3.4.3. Bộ nguồn .......................................................................................................... 73
3.4.4. Relay ................................................................................................................ 74
3.4.5. Cầu đấu dây 2 tầng ........................................................................................... 75
3.4.6. Board Arduino Uno R3 .................................................................................... 76
vii

3.4.7. Ethernet W5100 Arduino ................................................................................. 77
3.4.8. Thiết bị chuyển mạch mở rộng hệ thống mạng ............................................... 79
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................ 80
4.1. Thi công phần cứng ................................................................................................ 80
4.1.1. Bộ phận cấp lon .............................................................................................. 80
4.1.2. Bộ phận chiết rót .............................................................................................. 81
4.1.3. Bộ phận đóng nắp ............................................................................................ 81
4.1.4. Bộ phận lắc sơn................................................................................................ 83
4.1.5. Tủ điện ............................................................................................................. 83
4.1.6. Mô hình sau khi thi công ................................................................................. 84
4.2. Giao diện SCADA.................................................................................................. 85
4.2.1. Giao diện Log in .............................................................................................. 85
4.2.2. Giao diện chọn màu ......................................................................................... 85
4.2.3. Giao diện dữ liệu màu. ..................................................................................... 85
4.2.3 Giao diện điều khiển ......................................................................................... 86
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN ........................................................................ 87
5.1. Kết quả giao tiếp giữa PLC và vi xử lý. ................................................................. 87
5.2. Giao diện SCADA.................................................................................................. 88
5.3. Giao diện Webserver .............................................................................................. 93
5.4. Thiết kế cơ sở dữ liệu SQL để lưu trữ dữ liệu ....................................................... 94
5.5. Giao diện web hiện thị online cơ sở dữ liệu. ......................................................... 96
5.6. Kết quả pha sơn và đánh giá .................................................................................. 98
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 99
6.1. Kết luận .................................................................................................................. 99
6.1.1. Những kết quả đạt được ................................................................................... 99
6.1.2. Những mặt hạn chế ........................................................................................ 100
6.1.3. Những khó khăn gặp phải .............................................................................. 100
6.1.4. Kinh nghiệm và kiến thức đạt được sau khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp .... 100
6.2. Hướng phát triển đề tài......................................................................................... 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 102

PHỤ LỤC .................................................................................................................... 103
Phụ lục 1: Sơ đồ mạch động lực 220VAC .................................................................. 103
viii


Phụ lục 2: Sơ đồ mạch động lực 24VDC .................................................................... 103
Phụ lục 3: Sơ đồ kết nối PLC 1212C DC/DC/DC ...................................................... 104
Phụ lục 4: Sơ đồ kết nối Module mở rộng SM1223 8 DI 8DO .................................. 104
Phụ lục 5: Sơ đồ kết nối Module mở rộng SM1222 16 DO Relay ............................. 105

ix


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Hình ảnh về sơn................................................................................................ 3
Hình 2.2 Quy trình công nghệ sản xuất sơn .................................................................... 4
Hình 2.3 Nhà máy sản xuất sơn Caparol, Dubai ............................................................. 6
Hình 2.4 Nhà máy sản xuất sơn ICI Dulux, Khu công nghiệp Mỹ Phước 2, Bình
Dương .............................................................................................................................. 6
Hình 2.5 Máy pha sơn hãng My Kolor ........................................................................... 6
Hình 2.6 Máy pha sơn hãng Solite Paint ......................................................................... 7
Hình 2.7 Thang màu từ đỏ tới tím của 7 sắc cầu vồng ................................................... 7
Hình 2.8 Thang màu vô sắc............................................................................................. 7
Hình 2.9 So sánh tương quan giữa quang độ và cường độ của hai màu ......................... 8
Hình 2.10 Quy luật cộng màu hệ màu RGB ................................................................... 8
Hình 2.11 Quy luật trừ màu trong hệ màu CMYK ......................................................... 9
Hình 2. 12 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (vàng+lam) .............. 10
Hình 2. 13 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (lam+đỏ).................. 10
Hình 2. 14 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (đỏ+lục) ................... 10
Hình 2.15 Nguyên tắc pha trừ màu với 3 màu sơ cấp RYB ......................................... 11

Hình 2.16 Ba màu cơ bản trên bánh xe màu ................................................................. 12
Hình 2.17 Ví dụ các màu thứ cấp .................................................................................. 12
Hình 2.18 Ví dụ về các màu trung gian ........................................................................ 13
Hình 2.19 So sánh ưu điểm hệ PLC so với kết nối cứng dùng relay và timer .............. 14
Hình 2.20 Một số ứng dụng của PLC trong công nghiệp ............................................. 15
Hình 2.21 : Tổng quan về PLC S7-1200 ....................................................................... 16
Hình 2.22 Bảng tín hiệu SB .......................................................................................... 19
Hình 2.23 Module tín hiệu ............................................................................................ 21
Hình 2.24 Module truyền thông .................................................................................... 22
Hình 2.25 Cách thức truy xuất 1 bit trong PLC S7-1200 ............................................. 23
Hình 2.26 Biểu tượng TIA Portal V13 trên màn hình Desktop .................................... 25
Hình 2.27 Hình ảnh một số loại băng tải ...................................................................... 25
Hình 2.28 Ứng dụng của băng tải trong phân loại hàng ............................................... 26
Hình 2.29 Ứng dụng của băng tải trong nhà máy sản xuất nước giải khát ................... 27
Hình 2.30 Các thành phần cơ bản của băng tải ............................................................. 27
x


Hình 2.31 Cảm biến siêu âm SRF-04 ........................................................................... 29
Hình 2.32 Cặp nhiệt điện .............................................................................................. 29
Hình 2.33 Hình ảnh máy nén khí .................................................................................. 30
Hình 2.34 Các thành phần cấu tạo của máy nén khí điển hình ..................................... 31
Hình 2.35 Van khí nén trong thực tế ............................................................................. 31
Hình 2.36 Hình ảnh và sơ đồ mô phỏng cấu tạo xylanh tác động đơn ......................... 34
Hình 2.37 Hình ảnh và sơ đồ mô phỏng cấu tạo xylanh tác động kép ......................... 34
Hình 2.38 Hình ảnh van điện từ khí nén và chất lỏng .................................................. 35
Hình 2.39 Các thành phần cấu tạo của van điện từ ....................................................... 35
Hình 2.40 Hình ảnh một số loại động cơ DC ................................................................ 36
Hình 2.41 Các thành phần của động cơ DC .................................................................. 37
Hình 2.42 Mô phỏng nguyên lý hoạt động của động cơ DC ........................................ 38

Hình 2.43 Các phiên bản của Arduino .......................................................................... 39
Hình 2.44 Cấu trúc chung của Modbus......................................................................... 40
Hình 2.45 Giao tiếp giữa Server và Client trong Mobus. ............................................. 41
Hình 2.46 Ví dụ Modbus RTU ...................................................................................... 42
Hình 2.47 Ví dụ Modbus Ascii ..................................................................................... 42
Hình 2.48 Ví dụ Modbus TCP ...................................................................................... 43
Hình 2.49 Giao diện Web Server. ................................................................................. 44
Hình 2.50 Giao diện Web chuẩn. .................................................................................. 44
Hình 2.51 Sơ đồ thể hiện tổng quát cách nhúng User-defined web .............................. 45
Hình 2.52 Giao diện để cấu hình cho Web server. ....................................................... 47
Hình 2.53 Khối lệnh WWW.......................................................................................... 48
Hình 2.54 Sơ đồ liên kết trong mạng LAN. .................................................................. 48
Hình 2.55 Sơ đồ liên kết trong mạng WAN.................................................................. 49
Hình 3.1 Bản vẽ phần cứng mô hình............................................................................. 52
Hình 3.2 Sơ đồ bố trí các thiết bị trong tủ điện điều khiển. .......................................... 52
Hình 3.3 Sơ đồ tổng thể hệ thống.................................................................................. 53
Hình 3.4 Sơ đồ mạch động lực 220VAC ...................................................................... 56
Hình 3.5 Sơ đồ mạch động lực 24VDC ........................................................................ 56
Hình 3.6 Sơ đồ kết nối PLC 1212C .............................................................................. 57
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối module SM 1223 8DI/8DO ..................................................... 57
xi


Hình 3.8 Sơ đồ kết nối module SM 1222 16 DO Relay ............................................... 58
Hình 3.9 Chương trình chính ....................................................................................... 59
Hình 3.10 Chương trình con dây chuyên sản xuất ........................................................ 60
Hình 3.11 Hoạt động của cảm biến lưu lượng .............................................................. 61
Hình 3.12 Cảm biến lưu lượng YF-S201 ...................................................................... 62
Hình 3.13 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 ................................................ 63
Hình 3.14 Cảm biến siêu âm HC-SR04 ........................................................................ 64

Hình 3.15 Cảm biến quang chữ U Omron EE-SX674 .................................................. 65
Hình 3.16 Van điện từ nước UNI-D UW15 .................................................................. 66
Hình 3.17 Van điện từ khí nén SMC SY3140 5LZE .................................................... 67
Hình 3.18 Van điện từ Airtac 4V210-08 ....................................................................... 67
Hình 3.19 Van hút chân không dùng khí nén ............................................................... 68
Hình 3.20 Xy lanh kép SMC CXSM10-15-Y59BL ...................................................... 69
Hình 3.21 Xylanh compact SMC CDQSB12-10DC ..................................................... 69
Hình 3.22 Xylanh tròn PVN Pneumatic Equipment ..................................................... 70
Hình 3.23 Động cơ giảm tốc Tsukasa TG-85E-CH-77-D919 ...................................... 71
Hình 3.24 PLC S7 1200 1212C DC/DC/DC................................................................. 72
Hình 3.25 Module mở rộng 8DO/8DI........................................................................... 72
Hình 3.26 Module mở rộng 16 DO RELAY................................................................. 73
Hình 3.27 Bộ nguồn ...................................................................................................... 74
Hình 3.28 Relay Omron G2R-1-SND 24VDC ............................................................. 75
Hình 3.29 Cầu đấu dây 2 tầng ....................................................................................... 76
Hình 3.30 Board Arduino UNO R3 .............................................................................. 76
Hình 3.31 Ethernet W5100 Arduino ............................................................................. 78
Hình 3.32 Switch 5 port Tenda .................................................................................... 79
Hình 4.1 Bộ phận cấp lon .............................................................................................. 80
Hình 4.2 Bộ phận chiết rót trong mô hình .................................................................... 81
Hình 4.3 Bộ phận đóng nắp trong mô hình ................................................................... 82
Hình 4.4 Băng tải cấp nắp ............................................................................................. 82
Hình 4.5 Bộ phận lắc sơn trong mô hình ...................................................................... 83
Hình 4.6 Hình ảnh bên ngoài tủ điện ............................................................................ 83
Hình 4.7 Hình ảnh bên trong tủ điện ............................................................................. 84
xii


Hình 4.8 Mô hình thực tế sau khi hoàn thành ............................................................... 84
Hình 5.1 Hàm MB_Client_DB giao tiếp giữa PLC và Arduino ................................... 87

Hình 5.2 Kết quả truyền dữ liệu giữa PLC và Arduino ................................................ 87
Hình 5.3 Kết quả đo mực nước thực tế ......................................................................... 88
Hình 5.4 Màn hình Home.............................................................................................. 88
Hình 5.5 Đăng nhập bằng quyền ADMIN hoặc User ................................................... 89
Hình 5.6 Màn hình chọn mã màu và số lượng lon ........................................................ 89
Hình 5.7 Hiện thị thông báo khi nhập số lượng lon bằng 0. ......................................... 90
Hình 5.8 Hiện thị thông báo xác nhận khi nhập số lượng lon khác 0 ........................... 90
Hình 5. 9 Màn hình cho phép thêm mã màu mới.......................................................... 90
Hình 5.10 Giao diện vận hành....................................................................................... 91
Hình 5.11 Màn hình khi hệ thống đang hoạt động........................................................ 91
Hình 5.12 Hiện thị số lượng lon hiện thời .................................................................... 92
Hình 5. 13 Hiện thị thể tích sơn hiện tại trong các bể ................................................... 92
Hình 5.14 Thông báo khi hệ thống pha đủ số lượng yêu cầu ....................................... 92
Hình 5.15 Thông báo khi xảy ra lỗi cần reset lại toàn bộ hệ thống ............................. 93
Hình 5.16 Giao diện chính của Webserver. .................................................................. 93
Hình 5.17 Trang web do nhóm thiết kế. ....................................................................... 94
Hình 5.18 Database lưu trữ quá trình sản xuất trong phần mềm SQL server ............... 94
Hình 5. 19 Bảng lưu trữ quá trình sản xuất sơn ............................................................ 95
Hình 5.20 Bảng lưu trữ thể tích các bể ......................................................................... 95
Hình 5.21 Kết quả lưu trữ quá trình sản xuất trong SQL server ................................... 95
Hình 5.22 Kết quả lưu trữ bảng thể tích trong SQL server. .......................................... 96
Hình 5.23 Trang chủ website ........................................................................................ 96
Hình 5.24 Bảng lưu trữ quá trình sản xuất sơn hiện thị online ..................................... 97
Hình 5.25 Bảng lưu trữ thể tích bể hiện thị online........................................................ 97
Hình 5.26 Trang web giới thiệu mô hình ...................................................................... 97
Hình 5.27 Màu sơn thực tế so với màu sắc trong bảng màu ......................................... 98

xiii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật các module CPU PLC S7 1200 [1] ................................... 17
Bảng 2.2 Bảng các module hỗ trợ PLC S7-1200[1] ....................................................... 18
Bảng 2.3 Bảng tín hiệu sử dụng cho PLC S7-1200 [1] .................................................. 19
Bảng 2.4 Bảng các module tín hiệu sử dụng cho S7-1200 [1] ....................................... 19
Bảng 2.5 Bảng các module truyền thông sử dụng cho S7-1200 [1] ............................... 21
Bảng 2.6 Bảng các vùng nhớ PLC S7-1200 [1] ............................................................. 23
Bảng 3.1 Bảng địa chỉ ngõ vào/ra PLC và ký hiệu các thiết bị sử dụng trên sơ đồ ...... 54
Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật Aruino Uno R3 ................................................................ 77

xiv


TÓM TẮT
Sau quá trình tìm hiểu và thực hiện các nội dung trong đề tài, nhóm đã giải quyết
được các yêu cầu đã đề ra ban đầu, giải quyết từng bước và đặt ra những vấn đề mới
giúp cho đồ án mang tính logic và hoàn thiện hơn. Quá trình tìm hiểu đề tài thông qua
các tài liệu trong nước và ngoài nước, sự hướng dẫn của các thầy cô, tiếp xúc với các
anh chị đã có kinh nghiệm giúp nhóm có được nhiều kiến thức hữu ích trong thời gian
làm đồ án.
Những nội dung mà nhóm đã làm được trong đề tài:
- Hiểu được cơ sở lý thuyết về sơn, qui trình sản xuất và pha màu sơn
- Hiểu được các thiết bị sử dụng, tính toán và lựa chọn các thiết bị phù hợp
cho mô hình.
- Thi công mô hình cơ khí đảm bảo yêu cầu chức năng đã đề ra, chạy ổn
định, chính xác, thẩm mĩ cao.
- Thiết kế thi công tủ điện gọn gàng, ngăn nắp, sử dụng dễ dàng, mang tính
thẩm mĩ.
- Viết chương trình điều khiển bằng PLC hoạt động đúng yêu cầu, chính
xác, xử lý được hầu hết các lỗi có thể xảy ra.

- Thực hiện được giao tiếp giữa PLC S7-1200 của Simens với vi điều khiển
Arduino UNO thông qua chuyển truyền thông Modbus TCP/IP.
- Thiết kế được giao diện giám sát và điều khiển SCADA trực quan, dễ dàng
vận hành, hiện thị đầy đủ dữ liệu.
- Thực hiện liên kết và truyền dữ liệu giữa SQL Server và WINCC Runtime.
- Thiết kế giao diện hiển thị online để giám sát các thông tin về lon sơn và
thông số thể tích sơn của hệ thống từ xa thông qua trình duyệt internet.
- Xây dựng giao diện Webserver được hỗ trợ bởi hãng Siemen để điều khiển
PLC từ xa.

xv


Chương 1: Tổng quan về đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay, đất nước Việt Nam ta đang bước vào sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện
đại hóa, việc đầu tư và ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động nhằm mục đích giảm
chi phí sản xuất và nâng cao năng suất lao động, cho ra sản phẩm chất lượng, đáp ứng
nhu cầu của khách hàng là rất quan trọng. Một trong những ngành đang phát triển mạnh
mẽ hiện nay đó là ngành xây dựng và việc ứng dụng các dây chuyền sản xuất tự động
trong lĩnh vực này là không thể thiếu, trong đó có công nghệ và kỹ thuật pha, trộn sơn.
Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng, chủ yếu là
để sơn phủ bề mặt đối tượng đồng thời cũng là hình thức trang trí thẩm mỹ. Chính vì
vậy, màu sắc của sơn là một trong những yếu tố được quan tâm hàng đầu. Đa số việc
pha màu hiện nay trên thị trường đều được thực hiện theo phương pháp thủ công, theo
kinh nghiệm nên độ chính xác không cao, chất lượng và năng suất thấp. Để loại bỏ
những nhược điểm trên, cũng như để tạo ra những sản phẩm theo mong muốn, hiện nay
PLC (Program Logic Control – thiết bị điều khiển lập trình) được sử dụng rất rộng rãi

để điều khiển hệ thống trộn sơn, bởi những ưu điểm vượt trội như: giá thành thấp, dễ thi
công lắp đặt, dễ sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định, linh hoạt… , Xuất phát từ tình
hình thực tế trên và ham muốn hiểu biết về PLC,chúng em đã chọn đề tài: “Thiết kế, thi
công hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp lon tự động” cho luận văn tốt nghiệp của
mình.

1.2. Mục tiêu đề tài
Sơn là một trong những nguyên vật liệu chủ yếu trong ngành xây dựng nhằm bảo
vệ bề mặt của công trình, sản phẩm. Đồng thời yếu tố thẩm mĩ là rất quan trọng và màu
sắc của sơn quyết định yếu tố này. Ngoài những công trình xây dựng lớn được pha chế
bằng máy với giá thành cao thì vẫn còn một số việc pha màu hiện nay dựa trên phương
pháp thủ công chính là kinh nghiệm của những người thợ xây dựng nhằm tiết kiệm chi
phí, thế nên độ chính xác, đồng đều màu giữa những lần pha là không cao, năng suất
thấp, lãng phí sức lao động và thời gian.

Trang 1


Chương 1: Tổng quan về đồ án tốt nghiệp
Với mong muốn khắc phục được những hạn chế nêu trên, nhóm em đã tiến hành
thiết kế, thi công hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp lon tự động với những cải tiến sau:
- Xây dựng mô hình hoàn chỉnh, phần cứng được thiết kế chắc chắn, ổn định.
- Lon và nắp được cấp hoàn toàn tự động.
- Pha chế được hơn 70 màu.
- Màu sắc và thể tích đúng với yêu cầu, đồng đều giữa các lần pha.
- Mô hình được giám sát và điều khiển tự động từ hệ thống SCADA và Webserver.
- Mực nước sơn trong bể được đo tự động bằng cảm biến.

1.3. Giới hạn đề tài
Trong nội dung luận văn này, nhóm em tập trung phát triển mô hình trong phạm vi

sau:
- Mô hình tạo ra được lon sơn hoàn chỉnh, pha được 73 màu sơn.
- Cơ cấu cấp lon, cấp nắp tối đa chỉ được 5.
- Công suất hoạt động của hệ thống: 120 lon/giờ.
- Hệ thống được điều khiển và giám sát thông qua Webserver nhưng chỉ trong
mạng nội bộ.

1.4. Bố cục đồ án
Báo cáo của nhóm em gồm các chương sau:
- Chương 1: Tổng quan về đồ án tốt nghiệp
- Chương 2: Cơ sở lý thuyết: lý thuyết về sơn, các thiết bị trong hệ thống và lý
thuyết chuẩn truyền thông Modbus trong công nghiệp.
- Chương 3: Tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị: yêu cầu của hệ thống, tính
toán thiết kế phần cứng, lựa chọn thiết bị, sơ đồ khối, lưu đồ giải thuật điều
khiển.
- Chương 4: Thi công hệ thống: kết quả thi công hệ thống.
-

Chương 5: Kết quả thực hiện: trình bày kết quả vận hành và đánh giá kết quả
thực hiện.

- Chương 6: Kết luận: kết quả đạt được, hạn chế và hướng phát triển đề tài.

Trang 2


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Cơ sở lý thuyết về màu sơn và pha trộn sơn

2.1.1. Tổng quan về sơn
Sơn là một hỗn hợp lỏng đồng nhất, hoặc có thể hóa lỏng được, hoặc thành phần
mastic, để khi quét lên bề mặt một lớp mỏng, nó sẽ chuyển thành một màng rắn, trong
đó chất tạo màng liên kết với các chất màu tạo màng liên tục bám trên bề mặt vật chất.
Hỗn hợp được điều chỉnh với một lượng phụ gia và dung môi tùy theo theo tính chất
của mỗi loại sản phẩm.
Sơn thường được sử dụng rộng rãi để :
- Bảo vệ
- Trang trí
- Cung cấp kết cấu cho các đối tượng
Chủ yếu trên thị trường là sơn được bán dưới dạng sơn nước, có nhiều màu sắc
phong phú và đa dạng, có đặc tính che phủ, bám dính được nhiều bề mặt khác nhau.

Hình 2.1 Hình ảnh về sơn

Trang 3


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Các thành phần chính của sơn:
Nhựa (40% - 60%): Alkyd, Acrylic, Epoxy, Polyurethane, Fluorocarbon.
- Tạo liên kết các thành phần của sơn
- Tạo độ kế dính cho sơn
- Tạo độ bền cho màn sơn
Bột màu (7% - 40%): bột màu gốc, bột màu bổ sung, bột chống gỉ.
-

Tạo màu sơn

-

Tạo độ bền và độ cứng của màng sơn

Phụ gia (0% - 5%): Là các chất tăng độ bền cho sơn bao gồm độ bền màu sắc, khả
năng chịu thời tiết, tăng độ bóng cứng và độ phủ cho sơn, tăng thời gian bảo quản của
sơn, một số tính chất đặc biệt khác. Bao gồm:
- Chất làm khô tạo sức căng bề mặt
- Chất chóng nấm mốc
Dung môi (10% - 30%): Hòa tan nhựa và bột màu.

2.1.2. Công nghệ sản xuất sơn
Qui trình công nghệ sản xuất sơn

Hình 2.2 Quy trình công nghệ sản xuất sơn
Quy trình sản xuất sơn có 4 bước:
Ủ muối: Ở quá trình ủ muối, các nguyên liệu gồm bột màu (oxit kim loại như oxit
titan, thiếc, chì…) , bột độn (CaCO3, silica, đất sét...), phụ gia (chất phân tán, chất hoạt
động bề mặt, chất tạo bọt...), một phần chất tạo màng là nhựa latex (vinyl-acrylic,
Trang 4


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

styreneacrylic) và dung môi hữu cơ (nước sạch) được đưa vào thùng muối ủ và khuấy
dưới tốc độ thấp. Các nguyên liệu này được muối ủ trong thời gian vài giờ để đủ độ
thấm ướt chất tạo màng và dung môi, tạo thành dạng hỗn hợp nhão (paste) cho công
đoạn nghiền tiếp theo.
Nghiền sơn: Đây là công đoạn chính trong quy trình sản xuất sơn nước. Hỗn hợp
nhão các nguyên liệu (paste) sơn đã được muối ủ ở trên được chuyển vào thiết bị nghiền

sơn. Quá trình nghiền sơn tạo thành dung dịch dạng chất lỏng mịn, nhuyễn. Thời gian
nghiền có thể kéo dài phụ thuộc vào loại bột màu, bột độn và yêu cầu về độ mịn của
sơn. Trong giai đoạn này, thiết bị nghiền sử dụng nhiều nước làm lạnh thiết bị để đảm
bảo paste trong quá trình nghiền không bị nóng lên nhiều nhằm khống chế lượng dung
môi bị bay hơi ở nhiệt độ cao và tác động xấu đến các thành phần paste nghiền. Nước
trước khi đưa vào máy nghiền phải được làm lạnh xuống 5 – 7oC.
Khuấy sơn: Sau bước nghiền sơn chính là bước pha sơn khuấy trộn sơn hỗn hợp
nhão các nguyên liệu (paste) sơn sau khi đã được nghiền đến độ mịn theo yêu cầu sẽ
chuyển sang công đoạn khuấy sơn. Công đoạn này tạo thành sản phẩm cuối cùng của
quá trình sản xuất sơn. Paste thành phẩm được chuyển sang bể khuấy, có thể vài lô hỗn
hợp paste thành phẩm được đưa vào 1 bể khuấy chung. Bể khuấy có 1 máy khuấy liên
tục trong quá trình khuấy sơn. Tại đây paste sơn đã đạt độ mịn được bổ xung thêm đủ
lượng chất tạo màng, dung môi, các phụ gia cần thiết. Khi đã đạt độ đồng nhất thì cũng
là lúc sản phẩm hoàn tất và được chuyển sang công đoạn đóng thùng.
Đóng gói thành phẩm: Công đoạn này có thể là dây chuyền đóng thùng tự động
hoặc đóng thùng thủ công. Bao bì đựng sơn nước thường là bao bì nhựa hoặc kim loại
tùy vào sản phẩm sơn mà công ty sơn phát hành. Sản phẩm hoàn thành sẽ được luân
chuyển vào kho chứa. Quá trình nhập kho được tiến hành chặt chẽ theo từng lô hàng.
Các kho sản phẩm phải được trang bị đầy đủ các phương tiện phòng chống cháy nổ vì
nguy cơ cháy nổ rất cao đối với sản phẩm sơn dung môi hữu cơ.
Ngoài ra còn có một số quá trình phụ trợ như vệ sinh thùng chứa sơn để đảm bảo
chất lượng sản phẩm, làm mát để dung môi không bị bay hơi, v.v…

Trang 5


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Một số dây chuyền, nhà máy sản xuất sơn hiện nay
 Nhà máy sản xuất sơn trong và ngoài nước:

Hình 2.3 Nhà máy sản xuất sơn Caparol, Dubai

Hình 2.4 Nhà máy sản xuất sơn ICI Dulux, Khu công nghiệp Mỹ Phước 2, Bình Dương
 Máy pha sơn được sử dụng hiện nay:

Hình 2.5 Máy pha sơn hãng My Kolor
Trang 6


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Hình 2.6 Máy pha sơn hãng Solite Paint

2.1.3. Quy luật pha màu sơn [9]
 Khái niệm màu sắc
Theo quang học: Khi luồng ánh sáng trắng đi qua lăng kính mặt trời thì tách ra 7
sắc gồm: Đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Đó là sự hiển thị của các loại ánh sáng có
bước sóng dài ngắn khác nhau. Do đó về mặt quang học, ta có thể khẳng định màu sắc
chính là ánh sáng. Màu sắc mà chúng ta nhìn thấy từ mọi vật đó là sự phản chiếu của
ánh sáng từ vật vào mắt.

Hình 2.7 Thang màu từ đỏ tới tím của 7 sắc cầu vồng

Hình 2.8 Thang màu vô sắc
 Ba yếu tố cơ bản của màu sắc
- Sắc (Tone): Độ đậm hoặc nhạt của một màu nào đó khi pha trắng hoặc pha đen.
- Quang độ (Value): Độ sáng hoặc tối của một màu, là tác dụng liên kết giữa các
độ đậm nhạt này với độ đậm nhạt kia. Ví dụ: Trong vòng thuần sắc, vàng là màu có đỉnh
quang độ sáng nhất, tím là màu có đỉnh quang độ tối nhất do sự đập mắt.

- Cường độ (Intensity): Là mức độ mạnh hay yếu của một màu nào đó (thị giác
cảm nhận được độ tươi thắm) do sự kích thích thị giác.
Trang 7


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Ví dụ: Vàng - Quang độ sáng. Cam - Cường độ mạnh.

Hình 2.9 So sánh tương quan giữa quang độ và cường độ của hai màu
 Các quy luật pha màu
Có 2 quy luật pha màu là: Cộng màu và trừ màu
 Quy luật cộng màu:
Ba màu sơ cấp (hay cơ bản) trong ánh sáng là đỏ (Red - R), lục (Green - G) và lam
(Blue - B).
 Ánh sáng đỏ hòa với ánh sáng lục cho ánh sáng vàng (Yellow - Y).
 Ánh sáng lục hòa với ánh sáng lam cho ánh sáng màu da trời (Cyan - C).
 Ánh sáng lam hòa với đỏ cho ánh sáng tím hồng (Magenta - M).
Tím hồng là màu khá gần với màu tím (Violet). Tím hồng (Magenta) là màu không
có trong phổ ánh sáng tự nhiên.
Các màu tím hồng (M), vàng (Y), và da trời (C) được gọi lả các màu thứ cấp
(secondary) của ánh sáng, vì chúng được tạo bởi hòa hai chùm ánh sáng màu sơ cấp

Hình 2.10 Quy luật cộng màu hệ màu RGB
Trang 8


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

(primary). Nếu hòa cả 3 chùm ánh sáng sơ cấp R, G, B với nhau ta được ánh sáng trắng.

Đó là quy luật cộng màu.
 Quy luật trừ màu:
Trong màu hóa chất như mực in, phẩm nhuộm, sơn thì ngược lại: Ba màu sơ cấp
là tím hồng (Magenta - M), da trời (Cyan - C), và vàng (Yellow - Y)
 Tím hồng (M) hòa da trời (C) cho lam (Blue - B)
 Da trời (C) hòa với vàng (Y) cho lục (Green - G)
 Vàng (Y) hòa với tím hồng (M) cho đỏ (Red - R)
Như vậy, trong màu hóa chất thì đỏ, lục và lam lại là 3 màu thứ cấp. Hòa 3 màu sơ
cấp hóa chất M, C, Y với nhau vể mặt nguyên tắc ta được màu đen. Nhưng vì các màu
hóa chất không tuyệt đối tinh khiết, nên vẫn cần có màu đen riêng. Vì thế, trong in ấn,
chỉ cần 4 màu da trời (C) tím hồng (M) vàng (Y) đen(K) (trong đó K = key, tức màu
đen), là in ra được tất cả các màu, trừ màu trắng (là màu của giấy).
Tại sao màu hóa chất lại tuân theo quy luật trừ màu? Đó là bởi vì vật chất bản thân
nó không có màu sắc (trừ những vật tự phát sáng) mà chỉ tán xạ và hấp thụ các bước
sóng ánh sáng đơn sắc trong ánh sáng chiếu vào nó. Một vật có màu đỏ là vì khi ánh
sáng trắng chiếu vào nó, nó hấp thụ các ánh sáng lục và lam, chỉ phản chiếu ánh sáng
đỏ vào mắt ta. Một vật có màu đen khi hấp thụ tất cả ánh sáng chiếu vào nó. Một vật có
màu trắng vì nó phản xạ tất cả các bước sóng ánh sáng.

Hình 2.11 Quy luật trừ màu trong hệ màu CMYK

Trang 9


Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Hình 2. 12 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (vàng+lam)

Hình 2. 13 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (lam+đỏ)

Hình 2. 14 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (đỏ+lục)

Trang 10