LỜI NĨI ĐẦU
Hiện nay, trong thời buổi cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa, để trở thành một
quốc gia phát triển thì việc đẩy mạnh phát triển nền cơng nghiệp là một trong những
yếu tố quan trọng. Với nhu cầu đời sống sinh hoạt, sản xuất,… của con người ngày
càng cao thì việc áp dụng tự động hóa vào đời sống được coi là lựa chọn phù hợp
nhất trong xã hội hiện đại ngày nay. Bên cạnh đó, nhiều lĩnh vực khác nhau đã và
đang tranh đua để chạy theo thời đại, nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con
người như: công nghệ thông tin, công nghệ sản xuất,… Chính vì vậy, hiện nay trên
thị trường xuất hiện nhiều thiết bị hiện đại phục vụ cho việc tự động hóa, “PLC” là
thiết bị điều khiển khả trình, nó hầu như đã đáp ứng được nhu cầu nói trên.
Ngày nay, với sự tự động hóa ngày càng cao, các nhà máy không ngừng cải
tiến công nghệ - kỹ thuật trong sản xuất nhằm chạy theo thời đại cũng như tạo ra sản
phẩm chất lượng, giá thành hợp lý cho người tiêu dùng và tăng tốc độ sản xuất cho
nhà máy. Mặc khác để đảm bảo độ chính xác cao trong sản xuất, các nhà máy buộc
phải sử dụng đến máy móc thiết bị tự động. Tuy nhiên, chi phí đầu tư cho các thiết
bị rất lớn, nhưng do tính cạnh tranh khốc liệt trên thị trường nên các nhà máy khơng
ngần ngại đầu tư cho q trình sản xuất của mình ngày một tốt nhất, hiệu quả nhất,
và tối ưu nhất. Thực tế, có rất nhiều quy trình sản xuất khác nhau nó phụ thuộc vào
sản phẩm mà nhà máy cung cấp cho thị trường. Trong đó, sản phẩm bảo quản trong
chai, lọ, lon,…đóng góp một phần rất lớn cho sản phẩm phục vụ cho xã hội.
Vì vậy, trong phạm vi luận văn em muốn tìm hiểu, thiết kế, và mơ phỏng dây
truyền sản xuất nước đóng chai tự động sử dụng thiết bị điều khiển khả trình PLC.
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại PLC của nhiều hãng sản xuất khác nhau:
Siemens – Đức, Omron, Mitsubishi, Panasonic – Nhật, Goldstar – Hàn Quốc,…
Hiện nay, Em Là sinh viên đang theo học chuyên ngành “Kỹ thuật điện” đã
tìm hiểu về lĩnh vực sản xuất tự động. Em nhận ra rằng việc áp dụng tự động hóa
vào sản xuất là điều cần thiết cho nền công nghiệp nước nhà. Vì những lý do trên,
em đã chọn đề tài: “Lập trình điều khiển dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự
động sử dụng PLC S7 - 1200”. Trong đề tài này, em sử dụng thiết bị điều khiển khả
trình PLC
S7 - 1200 của hãng Siemens - Đức để điều khiển dây truyền trên.
MỤC LỤC
Mục lục .......................................................................................................................
i Mục lục hình ............................................................................................................
iv Mục lục bảng ..........................................................................................................
vii Danh mục chữ viết tắt ...........................................................................................
viii Chương 1. Giới thiệu chung
..................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về dây chuyền sản xuất tự động .........................................................
1
1.2. Giới thiệu về dây chuyền sản xuất nước đóng chai .............................................
2
1.3. Giới thiệu về hệ thống giám sát điều khiển SCADA/HMI ..................................
3
1.4. Giới thiệt về thiết bị điều khiển tự động (PLC) ...................................................
3
1.5. Nội dung của đề tài ..............................................................................................
5
Chương 2. Cơ sở lý thuyết ........................................................................................
6
2.1. Giới thiệu về dây chuyền sản xuất nước đóng chai .............................................
6
2.1.1. Khâu chiết rót................................................................................................
8
2.1.1.1. Giới thiệu về hệ thống chiết rót ...............................................................
8
2.1.1.2. Các thiết bị sử dụng .................................................................................
9
2.1.2. Khâu đóng nắp ............................................................................................
14
2.1.2.1. Giới thiệu về hệ thống đóng nắp chai tự động ......................................
14
2.1.2.2. Các thiết bị sử dụng ...............................................................................
16
2.1.3. Khâu dán nhãn ............................................................................................
i
19
2.1.3.1. Giới thiệu về máy dán nhãn ...................................................................
19
2.1.3.2. Phân loại ................................................................................................
20
2.1.4. Khâu đóng thùng .........................................................................................
25
2.1.4.1. Giới thiệu về máy đóng thùng tự động ..................................................
25
2.1.4.2. Các thiết bị sử dụng ...............................................................................
26
2.1.5. Khâu phân loại sản phẩm ............................................................................
27
2.1.5.1. Giới thiệu về hệ thống phân loại sản phẩm ...........................................
27
2.1.5.2. Cấu tạo chung ........................................................................................
27
2.1.5.3. Nguyên lý hoạt động .............................................................................
28
2.2. Giới thiều về PLC S7 – 1200 .............................................................................
28
2.2.1. Sơ lược về PLC S7 – 1200..........................................................................
28
2.2.2. Cấu tạo của PLC S7 – 1200 ........................................................................
29
2.2.2.1. Cấu tạo bên trong của PLC S7 – 1200 ..................................................
29
2.2.2.2. Cấu tạo bên ngồi và thơng số của PLC S7 – 1200 ..............................
33
2.2.2.3. Các module mở rộng .............................................................................
35
2.2.2.4. Cách đấu nối PLC S7 - 1200 .................................................................
37
2.2.3. Các tập lệnh cơ bản của PLC S7 – 1200.....................................................
39
ii
2.2.3.1. Tiếp điểm ladder (LAD) ........................................................................
39
2.2.3.2. Cuộn dây ngõ ra (LAD) .........................................................................
40
2.2.3.3. Lệnh Set, Reset ......................................................................................
41
2.2.3.4. Các lệnh so sánh ....................................................................................
42
2.2.3.5. Các bộ đếm Counter ..............................................................................
42
2.2.3.6. Các bộ định thì (Timer) .........................................................................
43
2.2.3.7. Lệnh di chuyển Move ............................................................................
44
2.2.4. Kiểu dữ liệu của PLC S7 – 1200 ................................................................
45
2.2.5. Phần mềm và ngôn ngữ lập trình ................................................................
46
2.2.5.1. Phần mềm lập trình PLC S7 - 1200 .......................................................
46
2.2.5.2. Ngơn ngữ lập trình PLC S7 - 1200 ........................................................
46
2.3. Giới thiệu hệ thống giám sát và điều khiển HMI/SCADA với TIA Portal........
47
2.3.1. Sơ lược về phần mềm TIA Portal ...............................................................
47
2.3.2. Giới thiệu về SIMATIC WinCC .................................................................
47
2.3.2.1. Sơ lược về SIMATIC WinCC ...............................................................
47
2.3.2.2. Các chức năng của WinCC TIA Portal .................................................
48
2.3.3. khởi tạo Project ...........................................................................................
50
2.3.4. Thiết kế giao diện màn hình .......................................................................
55
2.3.4.1. Cơng cụ Basic objects ...........................................................................
iii
55
2.3.4.2. Cơng cụ Elements ..................................................................................
56
2.3.4.3. Cơng cụ Controls ...................................................................................
57
2.3.4.4.
Thuộc
tính
của
các
đối
tượng
................................................................ 57
Chương 3. Lập trình điều khiển dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động
sử dụng PLC S7 - 1200
................................................................................................. 59
3.1. Mơ hình dây chuyền sản xuất nước đóng chai ...................................................
59
3.2. Sơ đồ chức năng hệ thống điều khiển tự động ...................................................
61
3.3. Lập trình điều khiển dây chuyền sản xuất nước đóng chai ................................
62
3.3.1. Hệ thống điều khiển chính ..........................................................................
62
3.3.2. Hệ thống điều khiển bằng tay .....................................................................
68
3.3.2.1. Khâu chiết rót ........................................................................................
68
3.3.2.2. Khâu đóng nắp .......................................................................................
74
3.3.2.3.
Khâu
dán
nhãn
....................................................................................... 79
3.3.2.4. Khâu đóng thùng ...................................................................................
84
3.3.3.
Hệ
thống
điều
khiển
tự
động....................................................................... 89
Chương 4. Giám sát điều khiển dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động
bằng WINCC .........................................................................................................
125
4.1.
Màn
hình
chính
................................................................................................ 125
4.2. Màn hình điều khiển .........................................................................................
126
4.3. Màn hình hoạt động .........................................................................................
iv
130
4.3.1. Màn hình chế độ tự động ..........................................................................
130
4.3.2.
Màn
hình
hoạt
động
chế
độ
bằng
tay
........................................................ 131
4.4. Quá trình vận hành dây chuyền sản xuất nước đóng chai ................................
131
4.4.1. Quá trình vận hành chế độ tự động ...........................................................
133
4.4.2. Quá trình vận hành chế độ bằng tay .........................................................
136
4.4.2.1. Khâu chiết rót ......................................................................................
137
4.4.2.2. Khâu đóng nắp .....................................................................................
137
4.4.2.3.
Khâu
dán
nhãn
..................................................................................... 138
4.4.2.4. Khâu đóng thùng .................................................................................
138
4.5. Truy xuất dữ liệu ..............................................................................................
139
Chương 5. Kết luận và kiến nghị .........................................................................
141
5.1.
Kết
luận
............................................................................................................ 141 5.2. Kiến
nghị .......................................................................................................... 141
Tài liệu tham khảo ................................................................................................
141
v
MỤC LỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ phân lớp của hệ thống giám sát điều khiển tự động .........................
1
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sản xuất nước đóng chai ....................................................
2
Hình
1.3.
Các
loại
PLC
trên
thực
tế
............................................................................ 4
Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ dây chuyển sản xuất nước đóng chai ..............................
7
Hình 2.2. Hệ thống chiết rót nước tự động .................................................................
8
Hình 2.3. Quy trình chiết rót nước vào chai................................................................
9
Hình
10
Hình
11
Hình
11
Hình
12
Hình
13
Hình
14
Hình
15
Hình
15
Hình
16
Hình
17
Hình
2.4. Hình ảnh các loại băng tải xích trong cơng nghiệp ...................................
2.5. Hình ảnh Cảm biến quang .........................................................................
2.6. Cấu trúc cơ bản của cảm biến quang ........................................................
2.7. Cảm biến lưu lượng ...................................................................................
2.8. Các loại van điện từ ...................................................................................
2.9. Cấu tạo van điện từ 2 cửa ..........................................................................
2.10. Mơ hình khâu đóng nắp trên thực tế .......................................................
2.11. Sơ đồ cơ cấu đóng nắp chai ....................................................................
2.12. Mơ hình 3D và mặt cắt bên trong cơ cấu cấp nắp ...................................
2.13. Quá trình di chuyển của nắp trong hộp lật nắp .......................................
2.14. Cơ cấu đóng nắp chai ..............................................................................
vi
18
Hình 2.15. Sơ đồ khối quy trình dán nhãn ................................................................
19
Hình 2.16. Máy dán nhãn thủ cơng ...........................................................................
20
Hình 2.17. Máy dán nhãn ma sát...............................................................................
21
Hình 2.18. Mơ phỏng hệ thống dán nhãn bằng băng ma sát .....................................
21
Hình 2.19. Máy dán nhãn bằng con lăn ....................................................................
23
Hình 2.20. Mơ phỏng hệ thống dán nhãn bằng con lăn di động ...............................
23
Hình 2.21. Cảm biến quang màu BC Autonics .........................................................
24
Hình 2.22. Sơ đồ khối thành phần của khâu đóng thùng ..........................................
25
Hình 2.23. Khâu đóng thùng sản phẩm .....................................................................
26
Hình 2.24. Mơ hình phân loại sản phẩm ...................................................................
27
Hình 2.25. PLC S7 – 1200 trên thực tế .....................................................................
29
Hình 2.26. Các khối cấu trúc bên trong của PLC .....................................................
29
Hình 2.27. Khối bộ nhớ của PLC ..............................................................................
30
Hình 2.28. Khối vi xử lý trung tâm CPU ..................................................................
30
Hình 2.29. Khối đầu vào ...........................................................................................
31
Hình 2.30. Khối ngõ ra của PLC ...............................................................................
32 Hình 2.31. Cấu tạo bên ngồi của PLC S7 - 1200
.................................................... 34
Hình 2.32. Các module mở rộng của PLC S7 - 1200 ...............................................
35
Hình 2.33. Các kiểu đấu nối nguồn vào của PLC .....................................................
37
Hình 2.34. Cách đấu nối ngõ vào của PLC S7 - 1200 ..............................................
vii
38
Hình 2.35. Cách đấu nối ngõ ra các loại ...................................................................
39
Hình
2.36.
Các
tiếp
điểm
LAD
................................................................................. 39
Hình 2.37. Ký hiệu ngõ ra trong lập trình PLC .........................................................
40
Hình 2.38. Ký hiệu lệnh Set và Reset trong lập trình PLC .......................................
41
Hình 2.39. Ký hiệu lệnh so sánh trong lập trình PLC ...............................................
42
Hình 2.40. Ký hiệu các bộ điếm Counter trong lập trình PLC S7 - 1200 .................
43
Hình
44
Hình
44
Hình
48
Hình
50
Hình
51
Hình
51
Hình
52
Hình
53
2.41. Các bộ định thì trong lập trình PLC S7 - 1200 .......................................
2.42. Các lệnh di chuyển move trong lập trình PLC S7 - 1200 .......................
2.43. Giao diện làm việc của WinCC TIA Portal ............................................
2.44. Giao diện màn hình phần mềm TIA Portal .............................................
2.45. Giao diện màn hình tạo Project mới .......................................................
2.46. Giao diện màn hình giả lập PLC S7 - 1200 ............................................
2.47. Giao diện màn hình khởi tạo một WinCC ..............................................
2.48. Giao diện màn hình tạo card truyền thơng giao tiếp với PLC ................
Hình 2.49. Giao diện màn hình kết nối truyền thơng PLC .......................................
53
Hình 2.50. Giao diện màn hình truyền thơng giao tiếp giữa WinCC với PLC .........
54
Hình 2.51. Giao diện màn hình lập trình PLC ..........................................................
54
Hình 2.52. Giao diện màn hình thiết kế WinCC .......................................................
55
Hình 3.1. Mơ hình dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động ............................
60
viii
Hình
61
Hình
62
Hình
65
Hình
65
Hình
66
Hình
67
Hình
68
Hình
73
Hình
74
Hình
78
Hình
79
3.2. Sơ đồ chức năng dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động ...............
3.3. Lưu đồ hệ thống điều khiển chính ............................................................
3.4. Chương trình cấp nguồn hệ thống .............................................................
3.5. Chương trình truy cập vào chế độ Auto ....................................................
3.6. Chương trình truy cập vào chế độ Manual ................................................
3.7. Chương trình cài đặt các giá trị ban đầu ...................................................
3.8. Lưu đồ điều khiển khâu chiết rót ..............................................................
3.9. Chương trình điều khiển khâu chiết rót ....................................................
3.10. Lưu đồ điều khiển khâu đóng nắp ...........................................................
3.11. Chương trình điều khiển khâu đóng nắp .................................................
3.12. Lưu đồ điều khiển khâu dán nhãn ...........................................................
Hình 3.13. Chương trình điều khiển dây chuyền khâu dán nhãn ..............................
83
Hình 3.14. Lưu đồ điều khiển khâu đóng thùng .......................................................
84
Hình 3.15. Chương trình điều khiển dây chuyền khâu đóng thùng ..........................
88
Hình
3.16.
Lưu
đồ
điều
khiển
chế
độ
tự
động
.......................................................... 92
Hình 3.17. Chương trình điều khiển vỏ chai di chuyển ............................................
97
Hình 3.18. Chương trình điều khiển q trình chiết rót ............................................
99
Hình 3.19. Chương trình điều khiển đồng bộ vỏ chai và chai có nước di chuyển ..
100
Hình 3.20. Chương trình điều khiển chai có nước di chuyển .................................
100
Hình 3.21. Chương trình điều khiển q trình đóng nắp ........................................
ix
107
Hình 3.22. Chương trình điều khiển chai có nắp di chuyển ..................................
108
Hình 3.23. Chương trình điều khiển quá trình dán nhãn ........................................
112
Hình 3.24. Chương trình điều khiển chai có nhãn di chuyển .................................
116
Hình 3.25. Chương trình điều khiển quá trình đóng thùng .....................................
120
Hình 3.26. Chương trình điều khiển khởi động chế độ tự động .............................
123
Hình 4.1. Giao diện màn hình chính .......................................................................
125
Hình
4.2.
Giao
diện
đăng
nhập................................................................................ 126
Hình 4.3. Giao diện màn hình điều khiển ở trạng thái bình thường .......................
126
Hình 4.4. Các nút nhấn truy cập ..............................................................................
127
Hình 4.5. Thanh hiển thị danh sách người dùng .....................................................
127
Hình 4.6. Bảng điều khiển nguồn hệ thống .............................................................
127
Hình 4.7. Bảng điều khiển chọn chế độ hoạt động .................................................
127
Hình 4.8. Bảng điều khiển chế độ hoạt động Auto .................................................
128
Hình 4.9. Bảng điều khiển chế độ hoạt động Manual .............................................
129
Hình 4.10. Bảng mơ phỏng các trường hợp lỗi .......................................................
129
Hình 4.11. Giao diện màn hình dây chuyền hoạt động chế độ tự động ..................
130
Hình 4.12. Giao diện màn hình dây chuyền hoạt động chế độ bằng tay ................
131
Hình 4.13. Giao diện màn hình chính .....................................................................
132
Hình 4.14. Giao diện màn hình điều khiển dây chuyền ..........................................
132
x
Hình 4.15. Giao diện màn hình điều khiển cài đặt các thơng số ban đầu ...............
133
Hình 4.16. Giao diện màn hình dây chuyền hoạt động sản xuất tự động ...............
134
Hình 4.17. Giao diện màn hình kết thúc quá trình sản xuất ....................................
135
Hình 4.18. Giao diện màn hình khi dừng hệ thống .................................................
136
Hình 4.19. Giao diện màn hình dây chuyền vận hành chế độ bằng tay ..................
136
Hình 4.20. Giao diện màn hình điều khiển khâu chiết rót ......................................
137
Hình 4.21. Giao diện màn hình điều khiển khâu đóng nắp .....................................
137
Hình 4.22. Giao diện màn hình điều khiển khâu dán nhãn .....................................
138
Hình 4.23. Giao diện màn hình điều khiển khâu đóng thùng .................................
138
Hình 4.24. Giao diện màn hình truy xuất số liệu sản xuất ......................................
139
Hình 4.25. File Excel bảng báo cáo số liệu q trình sản xuất ...............................
140
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1. Bảng thơng số các loại CPU của PLC S7 – 1200..................................... 37
Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật các module mở rộng của PLC .................................... 40
Bảng 2.3. Thông tin của tiếp điểm LAD ................................................................... 43
Bảng 2.4. Thông tin của cuộn dây ngõ ra ................................................................. 44
Bảng 2.5. Thông tin của lệnh Set, Reset ................................................................... 45
Bảng 2.6. Thông tin của lệnh so sánh ....................................................................... 46
Bảng 2.7. Các kiểu so sánh hai giá trị IN1 và IN2 ................................................... 46
Bảng 2.8. Thông tin của các bộ định thì ................................................................... 48
xi
Bảng 2.9. Thông tin các lệnh Move .......................................................................... 49
Bảng 2.10. Kiểu dữ liệu của PLC S7 - 1200 ............................................................. 49
Bảng 2.11. Bảng tổng hợp các đối tượng Basic object ............................................. 60
Bảng 2.12.Bảng tổng hợp các đối tượng Elements ................................................... 61
Bảng 2.13. Bảng tổng hợp các đối tượng Controls ................................................... 61
Bảng 3.1. Bảng địa chỉ hệ thống điều khiển chính ................................................... 67
Bảng 3.2. Bảng địa chỉ hệ thống điều khiển khâu chiết rót ...................................... 73
Bảng 3.3. Bảng địa chỉ hệ thống điều khiển khâu đóng nắp .................................... 79
Bảng 3.4. Bảng địa chỉ hệ thống điều khiển khâu dán nhãn ..................................... 84
Bảng 3.5. Bảng địa chỉ hệ thống điều khiển dây chuyền khâu đóng thùng .............. 89
Bảng 3.6. Bảng địa chỉ hệ thống điều khiển chế độ tự động .................................... 97
Bảng 4.1. Giá trị các thông số giả định ................................................................... 139
Bảng 4.2. Bảng điều khiển giám sát dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động 140
Bảng 4.3. Bảng kết quả quá trình sản xuất ............................................................. 142
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
xii
Chữ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
PLC
Programmable logic controller
Bộ điều khiển logic có thể lập
trình
SCADA
Supervisory Control And Data
Acquisition
Hệ thống điều khiển giám sát và
thu thập dữ liệu
HMI
Human Machine Interface
TIA Portal
Totally Integrated Automation
Portal
Thiết bị dùng để giao tiếp giữa
người vận hành (thiết kế) với
thiết bị máy
WinCC
Windows Control Center
Hệ thống tự động hóa tích hợp
toàn diện
Trung tâm điều khiển chạy trên
nền Windows
xiii
Chương 1. Giới thiệu chung
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Tổng quan về dây chuyền sản xuất tự động
Hiện nay, trong thời đại cơng nghiệp hóa – hiện đại hóa để trở thành một
quốc gia phát triển thì việc đẩy mạnh phát triển nền công nghiệp là một trong những
yếu tố quan trọng. Ngày nay, với sự tự động hóa trong cơng nghiệp ngày càng cao,
các nhà máy không ngừng cải tiến công nghệ - kỹ thuật trong sản xuất nhằm chạy
theo thời đại cũng như tạo ra sản phẩm chất lượng, giá thành hợp lý cho người tiêu
dùng và tăng tốc độ sản xuất cho nhà máy. Thực tế, có rất nhiều quy trình sản xuất
khác nhau, nó phụ thuộc vào sản phẩm mà nhà máy cung cấp cho thị trường. Trong
đó, sản phẩm bảo quản trong chai, lon,… đóng góp một phần rất lớn cho sản phẩm
phục vụ cho xã hội. Chính vì vậy, cơng nghệ sản xuất nước đóng chai tự động điều
khiển bằng PLC đang được sử dụng rộng rãi. Một hệ thống giám sát điều khiển tự
động được phân lớp theo sơ đồ khối Hình 1.1.
Hệ thống giám
sát điều khiển
Thiết bị
điều khiển tự động
PLC
Cảm biến và
chấp hành
Hình 1.1. Sơ đồ phân lớp của hệ thống giám sát điều khiển tự động
Hệ thống giám sát điều khiển (SCADA/HMI) là một hệ thống quản lý tự
động hóa trong cơng nghiệp với chức năng điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu.
Thiết bị điều khiển tự động PLC là thiết bị điều khiển lập trình được (khả
trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thơng qua một
ngơn ngữ lập trình.
Cảm biến và chấp hành:
1
Chương 1. Giới thiệu chung
Cảm biến: là thiết bị điện tử cảm nhận những trạng thái hay quá trình
vật lý, sinh học của vật thể và biến đổi thành tín hiện để xử lý tín và điều khiển thiết
bị.
-
Chấp hành: là các thiết bị điện có trong dây chuyền sản xuất hoạt
động khi có tín hiệu điều khiển thơng qua cảm biến.
Nguyên lý hoạt động:
Người vận hành điều khiển giám sát dây chuyền sản xuất thông qua hệ thống
giám sát (SCADA/HMI), truy xuất tín hiệu điều khiển đến thiết bị điều khiển tự
động (PLC). PLC nhận lệnh và điều khiển các thiết bị điện (cơ cấu chấp hành).
Thiết bị điện nhận tín hiệu và thực hiện lệnh thơng qua cảm biến và truy xuất tín
hiệu hồi tiếp về bộ điều khiển trung tâm thông qua cảm biến thông báo đến hệ thống
giám sát đã thực hiện lệnh.
1.2. Giới thiệu về dây chuyền sản xuất nước đóng chai
Ngày nay, dây chuyền sản xuất nước đóng tự động sử dụng thiết bị điều
khiển PLC đang dần trở thành công nghệ phổ biến bậc nhất. Quy trình sản xuất
nước đóng chai bao gồm ba cơng đoạn chính: lọc nước đạt tiêu chuẩn, chiết rót,
đóng nắp, bảo quản thành phẩm. Sơ đồ quy trình sản xuất nước đóng chai tự động
được trình bày ở Hình 1.2.
1
2
3
7
4
5
Chú thích:
1. Nước thủy cục.
2. Hệ thống lọc.
3. Nước thành phẩm.
4. Vỏ chai.
5. Rửa ngoài vỏ.
6. Rửa trong vỏ.
SVTH: Phạm Văn Ngọc Linh
8
9
11
10
6
7. Chiết rót.
8. Đóng nắp.
9. Đóng màng co.
10. Sấy khô.
11. Thành phẩm.
12. Nhập kho.
12
2
Chương 1. Giới thiệu chung
Hình 1.2. Sơ đồ quy trình sản xuất nước đóng chai
Theo Hình 1.2, việc đầu tiên cần phải làm là lựa chọn được nguồn nước để
sản xuất nước tinh khiết. Đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ thường sử dụng
nước máy, những doanh nghiệp lớn với khối lượng sản xuất lớn thì cần phải lựa
chọn nguồn nước giếng ngầm. Sau đó, nước sẽ chảy qua bộ lọc với vật liệu là các
chất có khả năng oxy hóa mạnh để chuyển sắt 2 thành sắt 3, bị kết tủa và được xả ra
ngồi. Q trình này đồng thời xử lý mangan và mùi hơi của khí H 2S (nếu có) và
nước tiếp tục đưa vào sản xuất hoặc tiếp tục xử lý. Tuy nhiên, nếu nước có nhiều
canxi, sắt, khống thì cần phải được xử lý qua hệ thống trao đổi ion để loại bỏ các
ion dương như: Mg2+, Ca 2+, Fe2+, Fe3+,... Tiếp tục, nước được lọc thô thông qua bộ
lọc tự động xúc xả với nhiều lớp vật liệu để loại bỏ bớt cặn thơ trên 5 m, khử mùi
và màu (nếu có). Sau đó nước sẽ qua bộ thẩm thấu ngược để loại bỏ các chất ô
nhiễm để cho ra nước tinh khiết và nước tinh khiết sẽ được đưa đến bình chiết rót để
tiến hành q trình chiết rót. Bên cạnh đó, vỏ chai được cấp vào hệ thống thanh
trùng sẽ được xúc rửa cả trong lẫn ngoài và cấp vao dây chuyền. Chai di chuyển đến
vị trí chiết rót và bắt đầu chiết rót nước vào chai. Sau khi chiết rót xong, chai được
đưa đến khâu đóng nắp để cấp nắp cho chai. Tiếp tục, chai đã có nắp sẽ được đưa
đến khâu dán nhãn và sấy khô. Chai đã thành phẩm sẽ được đóng thùng và nhập
kho.
1.3. Giới thiệu về hệ thống giám sát điều khiển SCADA/HMI [1]
Hệ thống giám sát dây chuyền trong sản xuất là hệ thống có tác dụng hỗ trợ
con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa quá trình vận hành của dây
chuyền. Thông qua hệ thống này, người vận hành sẽ thu thập được những số liệu
trong suốt quá trình thao tác trên dây chuyền. Các thiết bị giám sát có thể hoạt động
một cách độc lập với nhiệm vụ thu thập tất cả những chỉ số quan trọng. Bộ điều
khiển này được lắp tại những nơi dễ nhìn thấy ở đầu chuyền ở những công đoạn chi
tiết. Chức năng của hệ thống giám sát sản xuất là giám sát và tiến hành thu thập số
liệu chuẩn xác.
SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là tên gọi chung cho hệ
thống thu thập dữ liệu và điều khiển giám sát. Hệ thống SCADA bao gồm các
nhiệm vụ chính đó là thu thập dữ liệu, ra lệnh điều khiển hệ thống và hiển thị thông
3
Chương 1. Giới thiệu chung
tin theo yêu cầu người sử dụng. Một hệ thống SCADA bao gồm một số bộ RTU thu
thập dữ liệu và gửi về trạm chủ (master) thông qua hệ thống mạng. Trạm chủ hiển
thị dữ liệu thu thập và cho phép người vận hành thực hiện việc điều khiển các tác vụ
từ xa.
HMI (Human Machine Interface) là một thành phần trong hệ thống SCADA.
HMI thiết bị dùng để giao tiếp giữa người vận hành (thiết kế) với thiết bị máy. Ngày
nay, HMI được sử dụng rất rộng rãi và có các loại màn hình như: màn hình cảm ứng
hoặc nút nhấn tạo ra nhiều sự lựa chọn để quản lý, giám sát và điều khiển phục vụ
nhu cầu cần thiết của người vận hành.
1.4. Giới thiệt về thiết bị điều khiển tự động (PLC) [2]
PLC (Programmable Logic Controller) là một bộ điều khiển logic lập trình
được. PLC dùng để thay thế các mạch relay trong thực tế, cho phép thực hiện linh
hoạt các thuật toán điều khiển logic thơng qua một ngơn ngữ lập trình. Người sử
dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện. Các sự kiện này
được kích hoạt bởi tác nhân kích thích (ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các
hoạt động có trễ như thời gian định thì hay các sự kiện được đếm.
PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào.
Khi có sự thay đổi ở đầu vào thì đầu ra sẽ thay đổi. Ngơn ngữ lập trình phổ biến là
LAD (Ladder logic - Dạng hình thang), FBD (Function Block Diagram - Khối chức
năng), STL (Statement List - Liệt kê lệnh) và Ladder logic là ngôn ngữ lập trình
PLC đang được ưa chuộng nhất.
PLC là một trong những thiết bị quan trọng để điều khiển cả dây chuyền sản
xuất tự động và phụ thuộc vào nhu cầu từng nhà máy mà có nhiều loại PLC của
nhiều hãng như: Mitsubishi – Nhật, Siemens – Đức, Goldstar – Hàn Quốc,… Một
số PLC thực tế của các hãng khác nhau sử dụng rộng rãi trên thị trường hiện nay
được thể hiện trong Hình 1.3.
SVTH: Phạm Văn Ngọc Linh
4
Chương 1. Giới thiệu chung
Hình 1.3. Các loại PLC trên thực tế
Nguyên lý hoạt động:
Về cơ bản hoạt động của PLC khá đơn giản. Đầu tiên hệ thống các cổng
vào/ra (Input/Output) dùng để đưa các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU
(như: sensor, công tắc, cảm biến,…). Sau khi nhận tín hiệu ở ngõ vào thì CPU sẽ xử
lý và đưa tín hiệu điều khiển qua Module xuất ra các thiết bị được điều khiển.
Ứng dụng:
Hiện nay, PLC đã được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực trong đời
sống sản xuất cũng như trong công nghiệp. Từ những ứng dụng điều khiển thông
thường ON/OFF đến những lĩnh vực phức tạp địi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng
các thuật tốn trong q trình sản xuất. Các ứng dụng tiêu biểu của PLC hiện nay
bao gồm:
+ Hệ thống băng tải.
+ Điều khiển đèn chiếu sáng.
+ Điều khiển bơm cao áp.
+ Máy đóng gói, Máy in, Máy dệt, Máy trộn,...
5
Chương 1. Giới thiệu chung
1.5. Nội dung của đề tài
Ngày nay, việc áp dụng tự động hóa vào ngành sản xuất nước đóng chai
được xem là xu hướng cải cách tốt nhất. Tự động hóa giúp cho cơng việc sản xuất
nước đóng chai trở nên thuật tiện hơn, sản xuất nhanh hơn. Ngồi ra, sản xuất nước
đóng chai tự động còn làm giảm giá thành sản xuất nhưng chất lượng vẫn luôn được
tốt nhất và mọi hoạt động sản xuất đều được điều khiển tự động thông qua các cảm
biến nên độ chính xác rất cao để cho ra các sản phẩm tốt nhất đến tay người tiêu
dùng. Chính vì những lý do trên đã thôi thúc em lựa chọn đề tài: “Lập trình điều
khiển dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động sử dụng PLC S7 – 1200” trong
luân văn tốt nghiệp.
Bố cục của đề tài tìm lập trình điều khiển dây chuyền sản xuất nước đóng
chai tự động sử dụng PLC S7 – 1200 được chia thành 5 chương như sau:
Chương 1 Giới thiệu chung: tổng quan về dây chuyền sản xuất nước đóng
chai tự động.
Chương 2 Cơ sở lý thuyết: giới thiệu sơ lược về các thiết bị có trong dây
chuyền sản xuất nước đóng chai tự động, thiết bị điều khiển và phần mềm giám sát
điều khiển.
Chương 3 Lập trình điều khiển dây chuyền sản xuất nước đóng chai tự động
sử dụng PLC S7 - 1200: trình bày các lưu đồ điều khiển, bảng địa chỉ và chương
trình điều khiển. Chương 4 Kết quả mơ phỏng: thực hiện mô phỏng và thu thập dữ
liệu.
Chương 5 Kết luận kiến nghị: nêu ra những kiến thức đạt được và những mặt
hạn chế của đề tài và hướng phát triển của đề tài.
SVTH: Phạm Văn Ngọc Linh
6
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu về dây chuyền sản xuất nước đóng chai
Dây chuyền sản xuất nước đóng chai là sự kết hợp giữa các bộ phận và các
khâu với nhau, bộ phận cấp chai và bộ phận cấp nước sẽ tạo thành khâu chiết rót.
Bên cạnh đó, dây chuyền sản xuất nước đóng chai cịn các khâu như: đóng nắp, dán
nhãn, phân loại sản phẩm và đóng thùng. Dây chuyền sản xuất nước đóng chai có hai
chế độ hoạt động Auto/Manual. Quá trình sản xuất được hoạt động ở chế độ Auto và
chế độ Manual chủ yếu được dùng để kiểm tra hoạt động từng bộ phận của cả hệ
thống dây chuyền sản xuất.
Sơ đồ quy trình sản xuất nước đóng chai là khái niệm nói chung và khơng có
một sơ đồ mẫu nào có thể áp dụng cho nhiều trường hợp khác nhau. Vì thế, tùy từng
nhà máy sản xuất khác nhau mà sơ đồ dây chuyền sản xuất sẽ khác nhau và cấu tạo
cũng như thiết kế từng nhà máy sẽ khác nhau. Tuy nhiên, cấu tạo cơ bản của một dây
chuyền sản xuất nước đóng chai được trình bày thơng qua sơ đồ khối liên kết với
nhau như Hình 2.1.
7
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
3
1
4
Lỗi
5
10
6
Lỗi
7
11
2
Chú thích:
1. Bộ phận cấp chai.
2. Bộ phận cấp nước.
3. Khâu chiết rót.
4. Khâu đóng nắp.
5. Khâu phân loại chai lỗi đóng nắp.
6. Khâu dán nhãn.
7. Khâu phân loại chai lỗi dán nhãn.
8. Khâu đóng thùng.
9. Thành phẩm.
10. Sản phẩm lỗi đóng nắp.
11. Sản phẩm lỗi dán nhãn.
8
9
Hình 2.1. Sơ đồ cơng nghệ dây chuyển sản xuất nước đóng chai
Theo như Hình 2.1, vỏ chai sẽ được đưa đến vị trí chiết rót cùng lúc đó bình
chứa nước thơng qua các thiết bị chiết rót, nước được chiết rót vào chai tại khâu
chiết rót theo lưu lượng được cài đặt sẵn. Sau đó, chai đã chiết rót sẽ được di chuyển
đến khâu đóng nắp nhờ vào băng tải. Tại đây, chai được cấp nắp và siết nắp đảm bảo
nước bên khơng đổ ra bên ngồi. Khi chai đã đóng nắp thành cơng và được đưa đến
khâu dán nhãn. Tại khâu dán nhãn chai được dán nhãn mác và nhãn mác được dán
SVTH: Phạm Văn Ngọc Linh
8
Chương 2. Cơ sở lý thuyết
lên chai tùy thuộc vào thiết kế của các nhà máy khác nhau. Tuy nhiên, để đảm bảo
chai được đóng nắp, dán nhãn chắc chắn thì khi kết thúc khâu dán nhãn chai phải
thơng qua hệ thống phân loại, để loại ra những chai chưa đạt yêu cầu thành phẩm và
đẩy chai lỗi ra bộ phận chứa sản phẩn lỗi. Khi đã dán nhãn chai sẽ được vào thùng
tại khâu đóng thùng và đem ra thị trường phục vụ cho người tiêu dùng.
2.1.1. Khâu chiết rót
2.1.1.1. Giới thiệu về hệ thống chiết rót
Hệ thống chiết rót tự động là cơ cấu chiết rót chất lỏng một lượng nhất định
vào chai, lon, bình,… tự động được điều khiển bằng van điện từ và cảm biến lưu
lượng hoạt động theo chương trình PLC.
Dù chỉ mới xuất hiện trên thị trường được vài năm nhưng máy chiết rót tự
động nhận được rất nhiều những phản hồi tích cực từ người dùng. Hiện nay rất nhiều
doanh nghiệp đầu tư những dây chuyền chiết rót để mở rộng kinh doanh. Có rất
nhiều cơng nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng sẽ có cách chiết rót khác
nhau như: chất lỏng cơ đặc, nước có gas, nước khơng gas. Định lượng sản phẩm là
chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng vào trong lon, chai, bình,… Định lượng,
chiết rót sản phẩm vào trong chai bằng máy tự động ngày nay được sử dụng rộng rãi
do tiết kiệm được thời gian, nâng cao cơng suất và độ chính xác được nâng cao. Hệ
thống chiết rót theo lưu lượng thực tế trong nhà máy sản xuất nước suối và nước cam
đóng chai như Hình 2.2.
Hình 2.2. Hệ thống chiết rót nước tự động
Quy trình hoạt động khâu chiết rót được trình bày qua sơ đồ khối như Hình
2.3. Vỏ được cấp vào băng chuyền và di chuyển đến bộ phận cấp nước để tiến hành
q trình chiết rót lưu lượng.
9