Điều khiển và giám sát dây chuyền chiết rót sử dụng PLC s7 1200
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.31 MB, 87 trang )
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍMINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN 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: NGƠ HỒI 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 MƠN 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: NGƠ HỒI NAM
MSSV: 15141214
Tp. Hồ ChíMinh - 12/2019
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍMINH
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
VIỆT NAM
BỘ MƠN 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
Họ tên sinh viên:
Đỗ Quang Huy
MSSV: 15141170
NgơHồi Nam
MSSV: 15141214
Chun ngành:
Kỹ thuật điện tử - truyền thông Mãngành: 141
Hệ đào tạo:
Đại học chính quy
Mãhệ: 1
Khóa:
2015
Lớp: 15141DT
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
- Nhìn nhận tính cấp thiết vàvai trịquan trọng của việc điều khiển vàgiám sát hệ thống
chiết rót.
- Tiến hành tìm hiểu, nghiê cứu tài liệu, cá mơhình 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 cơng 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
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
BỘ MƠN 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: NgơHồi 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 cơng cơ khí
Kết nối các chi tiết cơ
khí
Tuần 6 (30/09 – 05/10)
Gia cơng cơ khí
Kết nối các chi tiết cơ
khí
Tuần 7 (07/10 – 12/10)
Thiết kế, thi công hệ
thống điện
Bản vẽ và tủ điện
kết nối các thiết bị
Xác
nhận
GVHD
điện
Tuần 8 (14/10 – 19/10)
Lập trình PLC
Code PLC
Tuần 9 (21/10 – 26/10)
Thiết kế giao diện
Wincc
Giao diện Wincc
giám sát
ii
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Tuần 10 (28/10 – 02/11)
Lắp đặt hệ thống và
chạy thử nghiệm
Dây chuyền
Tuần 11 (04/11 – 09/11)
Lắp đặt hệ thống và
chạy thử nghiệm
Kết quả chạy thử
nghiệm
Tuần 12 (11/11 – 16/11)
Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống
Báo cáo phần cơ
sở lý thuyết, cân
chỉnh băng tải
Tuần 13 (18/11 – 23/11)
Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống
Báo cáo phần tính
tốn, cân chỉnh
mâm xoay
Tuần 14 (25/11 – 30/11)
Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống
Báo cáo phần thiết
kế, cân chỉnh khối
dán nhã
Tuần 15 (02/12 – 07/12)
Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống
Báo cáo phần thực
hiện, cân chỉnh
khối kiểm tra
Tuần 16 (09/12 – 14/12)
Viết báo cáo + cân
chỉnh hệ thống
Báo cáo phần thực
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
ĐỖ QUANG HUY
Lớp: 15141DT2C
Số điện thoại liên lạc:
0972993676
Email:
- Họ vàtên sinh viên 2:
MSSV:
15141214
Số điện thoại liên lạc:
NGƠ HỒI NAM
Lớp: 15141DT2C
0349078300
Email:
“ Tơi xin cam đoan khóa luận tốt nghiệp (ĐATN) này là do chính tơi nghiên cứu làthực
hiện. Tơi khơng sao chép từ bất kìmột bài viết nào đã được cơng bố màkhơng trích 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
NgơHồi 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 cá 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
NgơHồi 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
TĨM 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 nhã 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 dịng 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 vịng 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 TỐN 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 nhã......................................................................................... 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 CƠNG HỆ THỐNG................................................................................... 47
4.2.1 Thi cơng phần cơ khí................................................................................... 48
4.2.1.1 Thi cơng hệ thống khíné........................................................................ 48
4.2.1.2 Thi cơng 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
Hình 2. 1 Máy chiết rót bằng bơm bánh răng...............................................................3
Hình 2. 2 Máy chiết rót bằng bơm piston.....................................................................4
Hình 2. 3 Máy chiết rót bằng bơm trục vít....................................................................5
Hình 2. 4 Máy chiết rót bằng lưu lượng kế...................................................................5
Hình 2. 5 Máy chiết rót kiểu đối lưu.............................................................................6
Hình 2. 6 Máy dán nhãn tự động..................................................................................7
Hình 2. 7 Máy dán nhãn bán tự động...........................................................................7
Hình 2. 8 Máy dán nhãn thủ cơng.................................................................................8
Hình 2. 9 Cấu tạo cơ bản của PLC...............................................................................9
Hình 2. 10 PLC S7 - 1200........................................................................................... 11
Hình 2. 11 Cấu tạo của bộ điều khiển CPU S7 - 1200................................................ 12
Hình 2. 12 TIA portal V13.......................................................................................... 15
Hình 2. 13 Các loại Wincc.......................................................................................... 16
Hình 2. 14 Servo AC................................................................................................... 17
Hình 2. 15 Sơ đồ hồi tiếp vịng kín Servo.................................................................... 18
Hình 3. 1 Bảng vẽ 3D hệ thống................................................................................... 22
Hình 3. 2 Băng tải....................................................................................................... 23
Hình 3. 3 Sắt V ( 3x3 )................................................................................................. 23
Hình 3. 4 Mâm dưới.................................................................................................... 24
Hình 3. 5 Mâm trên..................................................................................................... 24
Hình 3. 6 Sơ đồ khối của hệ thống.............................................................................. 25
Hình 3. 7 PLC S7 – 1200 DC/DC/DC......................................................................... 26
Hình 3. 8 Nguồn tổ ong trong thực tế.......................................................................... 28
Hình 3. 9 nút nhấn...................................................................................................... 29
Hình 3. 10 Đèn báo..................................................................................................... 29
Hình 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
Hình 3. 14 Xi – lanh TN20x150.................................................................................. 33
Hình 3. 15 Van khíné SY3120-5LZ-M5........................................................................ 33
Hình 3. 16 Mơtả hoạt động cảm biến quang.............................................................. 34
Hình 3. 17 Sơ đồ cấu tạo và đấu dây.......................................................................... 34
Hình 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
Hình 3. 21 Cảm biến dán nhãn trong thực tế.............................................................. 36
Hình 3. 22 Sơ đồ đấu dây............................................................................................ 37
Hình 3. 23 Cảm biến trong thực tế.............................................................................. 37
Hình 3. 24 Cấu tạo xi-lanh......................................................................................... 38
ix
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 3. 25 Động cơ AC Servo R7M-A40030............................................................... 39
Hình 3. 26 Driver R7D-AP04H................................................................................... 41
Hình 3. 27 Cơ đồ cấu tạo và đấu dây.......................................................................... 43
Hình 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
Hình 4. 1 Nguyên lýthi cơng khínén............................................................................ 48
Hình 4. 2 Lắp đặt xi-lanh cho hệ thống....................................................................... 48
Hình 4. 3 Cơ cấu mâm xoay........................................................................................ 49
Hình 4. 4 Bảng điện hệ thống..................................................................................... 49
Hình 4. 5 Sơ đồ đi dây hệ thống.................................................................................. 50
Hình 4. 6 Lưu đồ giải thuật......................................................................................... 52
Hình 4. 7 Đặt tên cho dự án........................................................................................ 54
Hình 4. 8 Chọn loại bộ điều khiển để lập trình........................................................... 54
Hình 4. 9 Giao diện viết chương trình PLC................................................................ 55
Hình 4. 10 Tạo hệ trục Axis........................................................................................ 56
Hình 4. 11 Chọn xung và đơn vị khoảng cách cho Axis.............................................. 57
Hình 4. 12 Thiết lập kiểu phát xung và chân điều khiển Axis...................................... 57
Hình 4. 13 Thiết lập thơng số cho động cơ................................................................. 58
Hình 4. 14 Chọn tốc độ vàthời gian cho động cơ........................................................ 58
Hình 4. 15 Kết nối giữa PLC với Wincc...................................................................... 60
Hình 4. 16 Xây dựng giao diện giám sát SCADA....................................................... 60
Hình 5. 1 Kết quả phần cứng...................................................................................... 61
Hình 5. 2 Kết quả thực nghiệm chiết rót..................................................................... 62
Hình 5. 3 Kết quả giao diện giám sát chính................................................................ 63
Hình 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 cá bạn khóa sau cóthể tham khảo lập trình trên Wincc một cách dễ dàng.
Với cá 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 cá 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, cá hệ thống vịi 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 cá ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật
điện tử màtrong đó điều khiển tự động đóng vai trịhết 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 cá doanh nghiệp códây chuyền sản xuất,
nhóm đã được thấy nhiều dây chuyền tự động hóa trong qtrình 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, nghiê cứu về các đề tài và cơng trình trước đây, nhóm
quyết định chọn đề tài: “ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT DÂY CHUYỀN CHIẾT
RÓT SỬ DỤNG S7-1200” để nghiê cứu vàthực hiện đề tài tốt nghiệp.
1.2 MỤC TIÊU
Với đề tài này mục tiêu mà nhóm đề ra để giải quyết cá 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 cơng nghiệp
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1: Tìm hiểu vàtham khảo cá tài liệu, giáo trình, nghiê cứu cá 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 trình.
NỘI DUNG 3: Thiết kế phần cứng của hệ thống .
NỘI DUNG 4: Thiết kế giải thuật điều khiển, lập trình 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 nghiê cứu, cá 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 cá phần mềm hỗ trợ, điều khiển Servo bằng cá lệnh Motion.
CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
Đặc tả phần cứng cá thiết bị ngõvào, ngõra, thiết kế sơ đồ ngu lý, tính tốn
vàthiết kế cá khối: khối nguồn, khối băng tải, khối mâm xoay, khối dán nhãn, khối
kiểm tra.
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG
Thi cơng phần cứng vàthi cơng phần điện viết chương trình cho hệ thống.
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - NHẬN XÉT
Nêu kết quả đạt được, hình ảnh hoạt động của mơhình, đánh giá tính ổn định
của hệ thống vàcá chức năng liên quan.
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
Nêu kết luận về quátrình thực hiện vàthành quả đạt được, cá vấn đề còn tồn tại,
đề ra hướng phát triển sản phẩm.
1.5 GIỚI HẠN
-
Dây chuyền chiết rót qui mơnhỏ.
-
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 RĨT
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, cá cách thức để giao tiếp giữa PLC với cá thiết bị ngoại vi vàcá phần mềm
được hỗ trợ đều được trình bày trong chương này.
Cóthể thấy cá sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn chưa đựng trong cá 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, tính 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. Nókhơng chỉ được sử dụng trong cá
cơng ty lớn màcịn 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 cá dịng máy chiết rót hiện nay, có5 dịng máy chiết rót được ưa
chuộng vàlàsự lựa chọn ưu tiên của cá 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 vít, 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 cịn gọi làmáy chiết rót tự động 8 đầu
(bơm rotary) thích hợp cho việc chiết rót cá sản phẩm ngành thực phẩm, hóa mỹ
phẩm,… Cấu trúc dịng 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 dịng máy chiết rót bằng bơm bánh răng vào khoảng 250
– 5000ml với loại vịi ngâm khơng 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 qtrình vận hành.
Máy chiết rót bằng bơm piston
Hình 2. 2 Máy chiết rót bằng bơm piston
Máy chiết rót bằng bơm piston hay cịn gọi làmáy chiết rót tự động 6 đầu (bơm
piston) cóthiết kế đầu bơm piston phù hợp trong cá cơng việc chiết rót cá chất lỏng
không hạt như dầu ăn, sữa tắm, dầu gội,…
Máy chiết rót bằng bơm piston điều khiển bởi motor servo, cho độ chính xác
chiết rót cao, phùhợp cá sản phẩm u cầu định lượng động chuẩn chỉnh cao. Dòng
máy được sản xuất kèm thiết bị bảo vệ “không chai – không chiết rót” với loại vịi
ngâm khơng làm tràn chất lỏng. Bơm piston hoạt động trơn tru và linh hoạt, màn hình
cảm ứng điều khiển hỗ trợ tối đa các thao tác điều chỉnh.
4
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Máy chiết rót bằng bơm trục vít
Hình 2. 3 Máy chiết rót bằng bơm trục vít
Máy chiết rót bằng bơm trục vít hay cịn gọi làmáy chiết rót tự động 8 đầu
(bơm trục vít) với thiết kế phùhợp với chiết rót cá loại dầu nhớt.
Mỗi đầu bơm trục vít của dịng máy này được điều khiển bởi một motor AC
riêng biệt nên độ chính xác khi rót rất cao. Loại vịi ngâm sử dụng cho máy chiết rót
này hạn chế tối đa sản sinh bọt khívàtránh chất lỏng văng ra ngồi. Người sử dụng
cóthể dễ dàng điều chỉnh, cài đặt cá thông số thông qua màn hình 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 làdịng máy chiết rót 10 đầu dạng định lượng
được sử dụng chiết chính xác hơn vàdễ dàng cho cá thao tác vệ sinh. Loại máy này
phùhợp với việc chiết cá 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 phé 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 cịn gọi là đẳng áp được thiết kế thuận tiện cho
việc rót nước khống hay nước ép trái cây.
Hình 2. 5 Máy chiết rót kiểu đối lưu
Dung tích chiết rót của dịng máy này vào khoảng 500 – 1500ml. Thiết kế vòi
ngâm hỗ trợ ổn định chất lỏng khơng gây tràn. Bên cạnh đó, dịng máy này cũng được
tích 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 nhã 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 nhã 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 nhã vàsản phẩm hoàn
thiện ra ngoài hoàn toàn tự động.
Thao tác máy một lần đã có thể hồn thành việc dán nhã. Thời gian dán nhã
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 nhã tự động sử dụng màn hình hiển thị cá thông số cho người
dùng, hệ thống băng tải sản phẩm giúp cá thông số của công đoạn dán nhãn ln được
kiểm sốt, đảm bảo tốc độ dán nhãn vàtốc độ cấp sản phẩm vào/ra được đồng bộ.
Máy dán nhãn bán tự động
Máy dán nhã bán tự động giúp giảm chi phí đầu tư, phù hợp với cá dây chuyền
nhỏ hoặc quy mơhộ 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 nhã bán tự động được thiết kế tối ưu, khơng bị cuốn nhã trong q
trình dán, in date, cá thông số, barcode sử dụng mực ruy bang khơgia nhiệt in lên decal
có độ bám dính tốt, đáng tin cậy.
Máy tự động dán nhã 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 nhã tự động nhỏ gọn dễ dàng di chuyển, khơng tốn chi phí bảo
trì, giátrị đầu tư thấp, máy cóthể đạt năng suất dán lên đến vài nghì sản phẩm/giờ.
Máy dán nhãn thủ công
Máy dán nhã thủ công gồm máy dán nhãn chai tròn vàmáy dán nhãn cầm tay.
-
Ưu điểm của máy dán nhã chai trịn thủ cơng:
-
Ưu điểm lớn nhất làtiết kiệm chi phívìmáy khơng sử dụng năng lượng
hồn tồn bằng thủ cơng.
-
Máy dán nhãn chai trịn thủ cơng cóthể để bàn tiết kiệm được khơng
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 cóthể thực hiện cá thuật tốn điều khiển logic
thơng qua một ngơn ngữ lập trình (Ladder hoặc State logic) một cách linh hoạt.
Người sử dụng PLC cóthể lập trình nóđể thực hiện hàng loạt trình tự cá
quátrình (sự kiện), các quá trình này được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào)
tác động vào PLC hoặc qua cá hoạt động cóthời gian trễ. Một khi q trình được kích
hoạt, PLC sẽ bật ON hoặc OFF thiết bị điều khiển bên ngồi.
PLC thích hợp nhất cho điều khiển logic (thay thế các rơle), song cũng có chức
năng điều chỉnh (như PID, mờ,...) vàcá chức năng tính tốn khác. Lúc đầu, PLC chủ
8
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
yếu được ứng dụng trong cá ngành cơng nghiệp chế tạo, điều khiển cá qtrình rời
rạc. Trong cá 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 tính
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 tín 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 cá thiết bị tạo ra tín hiệu dạng nhị phân như: cơng tắc,
nút nhấn, cơng 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 dịng điện, điện áp,
tổng trở. Một thơng số quan trọng khác của các module AI là độ phân giải, thơng số
này cho biết độ chính 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 trịcủa 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 thơng qua việc lập trình.
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 hồn
tồn bằng chương trình PLC.
Cấu trúc dạng Module giúp PLC có tính năng mềm dẻo, khơng 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
nhiê khi mở rộng cần chúýtới khả năng kết nối tối đa của CPU.
Khả năng truyền thông, nối mạng với máy tính 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 nê không đáp ứng cá 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 trình phải cóhiểu biết chun mơn 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 trình (PLC) cóthể kiểm sốt
nhiều ứng dụng tự động hóa. Thiết kế nhỏ gọn, chi phíthấp, vàmột tập lệnh mạnh làm
cho chúng ta cónhững giải phá hồn 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
trình 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 mình.
11
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet vàTCP/IP. Ngồi
ra bạn cóthể dùng cá 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
ngơn ngữ lập trình làFBD, LAD vàSCL. Phần mềm này được tích 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 cá phiên bản khác nhau
giống như điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng.
mạch tương tự vàsố mở rộng điều khiển mơ-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 cóhình dạng, chức năng, tốc độ xử lý, bộ nhớ
chương trình khác nhau…
2.3.3. Các dịng chính của CPU S7 – 1200
S7 – 1200 có5 dịng làCPU 1211C, CPU 1212C, CPU 1214C, CPU 1215C,
CPU 1217C.
12
