Dây chuyền chiết rót tự động là dây chuền tiên tiến, hiện đại nhất tính đến hiện nay, được tự động hóa từ khâu sản xuất, đóng nút chai cho đến đóng thùng, thay thế hiệu quả các máy chiết rót, máy đóng nhãn, máy vặn nắp… giúp tiết kiệm thời gian và chi phí cho doanh nghiệp. Trong các ngành công nghiệp thực phẩm, máy chiết rót thường được áp dụng cho những trường hợp đòi hỏi năng suất cao, hoặc các yêu cầu nghiêm nghặt về vệ sinh thực phẩm. Tùy theo tính chất của chất lỏng, các máy chiết rót khác nhau sẽ khác nhau ở các bộ phận làm việc, cơ cấu rót. Quy trình thực hiện. Đầu tiên, các chai được đưa lên hệ thống băng tải và đi qua hệ thống súc rửa để làm sạc bụi bẩn. Sau khi được rửa sạch, các chai được băng tải đưa đến hệ thống rót liệu, vào vị trí rót để đảm bảo có thể bố tí các cơ cấu cơ khí để kẹp giữ chai. Tại đây, chất lỏng được chiết vào chai theo phương pháp khác nhau, chiết đẳng áp, chiết đẳng tích, chiết định lượng. Khi chiết xong, chai được băng tải vận chuyển đến vị trí đóng nút hoặc đóng nắp. Khâu đóng nút bao gồm cơ cấu cấp phôi và đóng nắp. Cơ cấu đóng có thể là xi lanh khí nén hoặc motor vặn nút. 1.2. Yêu cầu công nghệ Khi khởi động hệ thống phải được reset về trạng thái ban đầu để tránh gây hư hỏng cho các cơ cấu quá tại cho các băng tải trước, mặt khác tránh sản phẩm không bị rơi khỏi băng tải. Khi dừng hệ thống thì thiết bị cấp chai dừng ngay, còn băng tải dừng trễ sau một thời gian Trong quá trình sản xuất của doanh nghiệp thì chế độ làm việc của các thiết bị băng tải phải luôn diễn ra liên tục trong thời gian dài nhưng phải luôn đảm bảo đạm độ an toàn . Theo yêu cầu công nghệ đối với các thiết bị băng tải vận hành liên tục không yêu cầu điều chỉnh tốc độ trong các phân xưởng sản xuất. Hệ thống băng tải cần đảm bảo khởi động đồng tải. Do đó việc lựa chọn động cơ truyền động cho thiết bị băng tải cần phù hợp với hệ thống băng tải và động cơ có hệ số trượt lớn, rãnh stato sâu là lựa chọn tối ưu dành cho các loại băng tải này. Ngoài ra, các cơ cấu cần phải được kiểm tra thường xuyên và vệ sinh sạch sẽ để hoạt động trơn tru tránh hiện tượng làm hư hỏng sản phẩm trong quá trình sản xuất. Hình 1.1 Dây chuyền sản xuất bia. 1.3 Mô tả hoạt động của hệ thống Hệ thống gồm một băng tải để vận chuyển chai trong suốt quá trình sản xuất. 3 cảm biến để phát hiện chai trong các công đoạn sản xuất. Các xilanh để giữ, kẹp chai trong các công đoạn chiết rót và đóng nắp. Bơm để thực hiện quá trình rót bia vào chai. Có nút nhấn ON để khởi động, OFF để tắt hệ thống, RESET để đưa hệ thống về mặc định, nút nhấn AUTO và MAN để chuyển chế độ bằng tay hoặc tự động, nút nhấn EMS để dừng khẩn cấp khi có sự cố, ngoài ra còn có các nút nhấn để điều khiển các xi lanh riêng lẻ từng băng tải trong chế độ MAN. Có các đèn báo lỗi từng băng tải khi gặp sự cố. Hệ thống gồm 2 chế độ hoạt động: tự động, bằng tay. Ở chế độ tự động: Chai được cấp bằng tay vào bang tải. khi nhấn nút khởi động START, băng tải quay đưa chai đến vị trí chờ rót . Tại đây chai được chặn lại bởi xylanh 2, đồng thời khi cảm biến đầu vào phát hiện chai đi qua sẽ đếm chai lên 1, cứ như vậy khi cảm biến đầu vào đếm đủ 5 chai tương ứng với 5 vòi chiết rót thì được giữ lại bởi xylanh 1, sau đó băng tải sẽ dừng hoạt động, kế tiếp chai sẽ được cơ cấu kẹp giữ cố định. Trễ 2s sau đó cơ cấu vòi rót được hạ xuống áp sát miệng chai và sau 2s tiến hành rót. Sau khi chiết rót cho chao 500ml xong trong một khoảng thời gian 10s thì dừng bơm, xylanh 2 rút về và cơ cấu vòi rót nâng lên. Sau 2s cơ cấu chai nhả ra và 2s sau băng tải hoạt động trở lại sẽ đưa chai ra ngoài và sẽ được cảm biến đầu ra đếm sản phẩm. Khi cảm biến đầu ra đếm số chai bằng 2 thì xylanh 1 rút về cho chai tiếp tục vào khâu rót, khi cảm biến đầu ra đếm đủ 5 chai thì xylanh 2 sẽ đưa ra chặn chai lại. Quá trình cứ lặp lại như vậy cho đến khi bấm dừng STOP. Ở chế độ bằng tay: Chai được cấp bằng tay vào băng tải. khi bấm nút khở động START, băng tải quay đưa chai đến vị trí chờ rót. Tại đây chai được chặn lại bởi xylanh 2, đồng thời khi cảm biến đầu vào phát hiện chai đi qua sẽ đếm chai lên 1, cứ như vậy khi cảm biến đầu vào đếm đủ 5 chai tương ứng với 5 vòi chiết rót thì được giữ lại bởi xylanh 1 , sau đó băng tải sẽ dừng hoạt động, kế tiếp chai sẽ được cơ cấu kẹp giữ cố định. Trễ 2s sau đó cơ cấu vòi rót được hạ xuống áp sát miệng cai và sau 2s tiến hành rót. Sau khi chiết rót cho chai 500 ml xong trong một khoảng thời gian 10s thì dừng bơm, xylanh 2 rút về và cơ cấu vòi rót nâng lên. Sau 2s cơ cấu kẹp chai nhả ra và 2s sau băng tải hoạt động trở lại sẽ đưa chai ra ngoài và sẽ được cảm biến đầu ra đếm sản phẩm. khi cảm biến đầu ra đếm đủ 5 chai thì sau 5s hệ thông sẽ dừng lại. nếu muốn lặp lại chu trình thì tiếp tục nhấn nút START. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ CHẤP HÀNH 2.1. Giới thiệu thiết bị lập trình 2.1.1 Giới thiệu về PLC S71500 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S71500 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7 1500 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau. Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, CPU trong S71500 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác. Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển: Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng
TỔNG QUAN
Đặt vấn đề
Dây chuyền chiết rót tự động là hệ thống tiên tiến, hiện đại nhất hiện nay, được tự động hóa toàn bộ quy trình từ sản xuất, đóng nút chai đến đóng thùng Công nghệ tự động hóa này giúp thay thế các thiết bị truyền thống như máy chiết rót, máy đóng nhãn, máy vặn nắp, mang lại hiệu quả cao trong tiết kiệm thời gian và chi phí cho doanh nghiệp.
Trong ngành công nghiệp thực phẩm, máy chiết rót được sử dụng phổ biến để đáp ứng các yêu cầu về năng suất cao và tiêu chuẩn vệ sinh an toàn thực phẩm Tùy thuộc vào đặc tính của chất lỏng cần chiết rót, các loại máy khác nhau sẽ phù hợp với từng ứng dụng, với sự khác biệt ở các bộ phận làm việc và cơ cấu rót nhằm đảm bảo hiệu quả và vệ sinh tối ưu.
Quy trình thực hiện Đầu tiên, các chai được đưa lên hệ thống băng tải và đi qua hệ thống súc rửa để làm sạc bụi bẩn.
Sau khi được rửa sạch, các chai được vận chuyển bằng băng tải tới hệ thống rót liệu để đảm bảo vị trí phù hợp cho quá trình chiết Tại đây, chất lỏng được chiết vào chai bằng các phương pháp khác nhau như chiết đẳng áp, chiết đẳng tích hoặc chiết định lượng nhằm đảm bảo chính xác và hiệu quả Sau khi hoàn tất quá trình chiết, chai tiếp tục được vận chuyển đến khu vực đóng nút hoặc đóng nắp, trong đó quá trình đóng nút sử dụng các cơ cấu như xi lanh khí nén hoặc motor vặn để đảm bảo chắc chắn và an toàn cho sản phẩm.
Yêu cầu công nghệ
Khi khởi động hệ thống, cần phải reset về trạng thái ban đầu để bảo vệ các cơ cấu quá tải và đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành Điều này giúp tránh gây hư hỏng các thành phần của hệ thống, đặc biệt là các băng tải trước, đồng thời ngăn chặn sản phẩm bị rơi khỏi băng tải trong quá trình hoạt động Việc reset đúng quy trình là bước quan trọng để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, bền bỉ và hiệu quả.
- Khi dừng hệ thống thì thiết bị cấp chai dừng ngay, còn băng tải dừng trễ sau một thời gian
Trong quá trình sản xuất của doanh nghiệp, chế độ làm việc của các thiết bị băng tải phải hoạt động liên tục trong thời gian dài để đảm bảo hiệu suất sản xuất, đồng thời luôn tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn để bảo vệ nhân viên và tránh thiệt hại cho thiết bị Việc duy trì hoạt động liên tục của hệ thống băng tải giúp nâng cao năng suất và giảm thiểu thời gian chết, nhưng không được phép ảnh hưởng đến độ an toàn của quá trình vận hành Đảm bảo an toàn trong vận hành thiết bị băng tải là yếu tố then chốt nhằm duy trì hoạt động ổn định và hiệu quả của toàn bộ quy trình sản xuất.
Trong các phân xưởng sản xuất, yêu cầu công nghệ đối với thiết bị băng tải vận hành liên tục mà không cần điều chỉnh tốc độ Hệ thống băng tải phải đảm bảo khởi động đồng tải để duy trì hoạt động hiệu quả Do đó, việc lựa chọn động cơ truyền động phù hợp là rất quan trọng, với ưu tiên sử dụng động cơ có hệ số trượt lớn và rãnh stato sâu nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ bền của hệ thống băng tải.
Để đảm bảo hoạt động liên tục và tránh hư hỏng sản phẩm trong quá trình sản xuất, các cơ cấu cần được kiểm tra định kỳ và vệ sinh sạch sẽ Việc bảo trì thường xuyên không chỉ giữ cho các thiết bị hoạt động trơn tru mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm thiểu thất thoát và chi phí sửa chữa về sau.
Hình 1.1 Dây chuyền sản xuất bia.
Mô tả hoạt động của hệ thống
- Hệ thống gồm một băng tải để vận chuyển chai trong suốt quá trình sản xuất.
- 3 cảm biến để phát hiện chai trong các công đoạn sản xuất.
- Các xilanh để giữ, kẹp chai trong các công đoạn chiết rót và đóng nắp.
- Bơm để thực hiện quá trình rót bia vào chai.
Hệ thống được trang bị các nút nhấn chức năng như ON để khởi động, OFF để tắt, RESET để đưa hệ thống về trạng thái mặc định, giúp vận hành dễ dàng và an toàn Ngoài ra, còn có các nút AUTO và MAN để chuyển chế độ hoạt động tự động hoặc bằng tay, phù hợp với nhu cầu điều khiển linh hoạt Nút EMS dùng để thực hiện chức năng dừng khẩn cấp khi xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn tối đa Đặc biệt, hệ thống còn có các nút điều khiển riêng lẻ cho từng xi lanh của các băng tải trong chế độ MAN, giúp dễ dàng kiểm soát và vận hành từng phần một cách chính xác.
-Có các đèn báo lỗi từng băng tải khi gặp sự cố
Hệ thống gồm 2 chế độ hoạt động: tự động, bằng tay
Trong chế độ tự động, chai được đưa vào băng tải thủ công và quá trình đóng chai bắt đầu khi nhấn nút START, băng tải sẽ quay đưa chai đến vị trí chờ rót Tại đây, chai bị chặn lại bởi xilanh 2, cảm biến đầu vào sẽ đếm số chai đi qua, mỗi lần đếm là 1 chai và khi đếm đủ 5 chai, tương ứng với 5 vòi chiết rót, xilanh 1 sẽ giữ chặt chai lại, đồng thời băng tải tạm dừng Chai sau đó được cố định bằng cơ cấu kẹp, trễ 2 giây, vòi rót hạ xuống sát miệng chai và tiến hành rót trong 2 giây, sau đó bơm dừng, xilanh 2 rút về và vòi rót nâng lên Trong vòng 2 giây tiếp theo, kẹp chai mở ra, và sau 2 giây nữa, băng tải hoạt động trở lại để đưa chai ra ngoài Cảm biến đầu ra đếm số chai đã hoàn thành quy trình, khi đếm đủ 2 chai, xilanh 1 rút về để đưa chai tiếp theo vào rót; khi đếm đủ 5 chai, xilanh 2 sẽ chặn chai lại Khi cảm biến đầu ra đếm đủ 5 chai, hệ thống sẽ dừng lại sau 5 giây; để lặp lại chu trình, chỉ cần nhấn nút START tiếp tục hoạt động.
GIỚI THIỆU THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN VÀ CHẤP HÀNH
Giới thiệu thiết bị lập trình
Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1500 cung cấp tính linh hoạt và mạnh mẽ trong việc điều khiển nhiều thiết bị tự động, đáp ứng đa dạng yêu cầu tự động hóa Với thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ, S7-1500 trở thành giải pháp tối ưu cho các ứng dụng điều khiển công nghiệp đa dạng.
Bộ vi xử lý tích hợp trong CPU của S7-1500 tạo ra một PLC mạnh mẽ, cho phép người dùng tải xuống các chương trình giám sát và điều khiển thiết bị hiệu quả CPU sẽ chứa mạch logic cần thiết để quản lý quá trình, giám sát các ngõ vào và điều chỉnh các ngõ ra dựa trên logic đã lập trình Các hoạt động này có thể bao gồm logic Boolean, đếm, định thì, các phép toán phức hợp và truyền thông với các thiết bị thông minh khác, giúp tối ưu hoá vận hành hệ thống tự động hoá.
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển:
- Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU
- Người dùng có thể sử dụng chức năng "know-how protection" để ẩn mã nằm trong một khối xác định
Các kiểu CPU khác nhau mang lại sự đa dạng về tính năng và dung lượng, giúp người dùng dễ dàng tạo ra các giải pháp tối ưu phù hợp với nhiều loại ứng dụng khác nhau Những loại CPU này đáp ứng các nhu cầu của từng hệ thống, từ xử lý thông thường đến các tác vụ đòi hỏi hiệu suất cao Việc lựa chọn CPU phù hợp sẽ nâng cao hiệu quả vận hành và tối ưu hóa trải nghiệm người dùng.
Họ S7-1500 cung cấp đa dạng các module tín hiệu và bảng tín hiệu mở rộng dung lượng của CPU Người dùng có thể dễ dàng lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông khác nhau, nâng cao khả năng kết nối và tích hợp hệ thống tự động hóa.
H ình 2.1: CPU và một số vị trí chức năng trên CPU
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
Hình 2.3: Module tín hiệu digital input
Hình 2.4: Module tín hiệu digital output
Hình 2.5: Module tín hiệu analog input
Hình 2.6: Module tín hiệu analog output
Họ S7-1500 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ
TIA Portal V15.1 là phần mềm phát triển tự động hóa công nghiệp có giao diện thân thiện, giúp người dùng dễ dàng phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic điều khiển Phần mềm này hỗ trợ quản lý và cấu hình toàn diện các thiết bị trong dự án, bao gồm PLC và HMI, đảm bảo tối ưu hóa quá trình vận hành Với hai ngôn ngữ lập trình chính là LAD và FBD, TIA Portal V15.1 nâng cao hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển phù hợp với yêu cầu của dự án Ngoài ra, phần mềm còn cung cấp các công cụ mạnh mẽ để tạo và cấu hình các thiết bị HMI, giúp người dùng dễ dàng tùy chỉnh giao diện người dùng và kiểm soát hệ thống tự động hóa một cách chuyên nghiệp.
2.1.3 Các khái niệm về PLC a.Sự thực thi chương trình người dùng
CPU hỗ trợ các kiểu khối mã sau đây, cho phép ta tạo ra một cấu trúc hiệu quả cho chương trình người dùng:
Khối tổ chức (OB) chịu trách nhiệm xác định cấu trúc chương trình, trong đó một số OB có trạng thái và các sự kiện khởi động đã được thiết lập sẵn, giúp quản lý dòng chảy của chương trình hiệu quả hơn Đồng thời, người dùng còn có khả năng tạo ra các OB với các sự kiện khởi động tùy chỉnh, phù hợp với yêu cầu đặc thù của dự án Việc tùy chỉnh này giúp nâng cao tính linh hoạt và kiểm soát trong quá trình thiết kế và vận hành hệ thống tự động hóa.
Trong hệ thống lập trình, Hàm (FC) và Khối Hàm (FB) chứa mã chương trình phù hợp với các nhiệm vụ riêng biệt hoặc kết hợp các thông số để thực hiện chức năng cụ thể Mỗi FC và FB cung cấp các tổ hợp dữ liệu đầu vào và đầu ra giúp chia sẻ dữ liệu hiệu quả giữa các khối trong chương trình Ngoài ra, FB còn sử dụng một khối dữ liệu tạm thời (DB) để duy trì trạng thái của các giá trị qua quá trình thực thi, hỗ trợ các khối khác truy cập và sử dụng dữ liệu liên tục, từ đó nâng cao khả năng quản lý và xử lý dữ liệu trong hệ thống tự động hóa.
Hàm (FC) hay khối hàm (FB) là một khối mã chương trình có thể được gọi từ một đối tượng khác (OB), hay từ chính hàm hoặc khối hàm đó Hàm này cho phép thực hiện các thao tác lập trình một cách linh hoạt và modular, giúp tối ưu hóa mã nguồn Việc sử dụng hàm giúp chia nhỏ chương trình thành các phần nhỏ, dễ quản lý, dễ bảo trì và tái sử dụng Các hàm có thể gọi lẫn nhau xuống đến các cấp độ khác nhau, tạo thành một cấu trúc logic rõ ràng và dễ theo dõi trong quá trình phát triển phần mềm.
- 16 từ OB chu kỳ chương trình hay OB khởi động.
- 4 từ OB ngắt trì hoãn thời gian, OB ngắt theo chu trình, OB ngắt phần cứng,
OB ngắt lỗi thời gian, hay OB ngắt lỗi chẩn đoán.
Trong hệ thống, FC không liên kết với bất kỳ phần nào của khối dữ liệu (DB), nhằm giảm thiểu phụ thuộc và tăng tính linh hoạt Ngược lại, FB được gắn kết trực tiếp với một cơ sở dữ liệu (DB), giúp dễ dàng chuyển tiếp các thông số, lưu trữ giá trị và quản lý các kết quả tạm thời một cách hiệu quả Việc kết nối này giúp tối ưu hóa quá trình xử lý dữ liệu và nâng cao hiệu suất của hệ thống.
CPU thực hiện các tác vụ sau đây:
- CPU ghi các ngõ ra từ vùng ngõ ra ảnh tiến trình đến các ngõ ra vật lý.
CPU đọc các ngõ vào để ưu tiên cho việc thực thi chương trình người dùng và lưu trữ giá trị các ngõ vào trong vùng nhớ ảnh tiến trình, đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu trong suốt quá trình thực thi.
CPU thực thi logic của các lệnh người dùng và cập nhật các giá trị ngõ ra trong vùng ngõ ra ảnh tiến trình thay vì ghi trực tiếp đến các ngõ ra vật lý thực tế Các chế độ hoạt động của CPU đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và tối ưu hóa quá trình xử lý dữ liệu, đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy trong hệ thống máy tính.
CPU có ba chế độ hoạt động chính gồm STOP, STARTUP và RUN, giúp đảm bảo quá trình vận hành hiệu quả Các đèn LED trạng thái nằm trên mặt trước của CPU biểu thị rõ ràng chế độ hiện tại, giúp người dùng dễ dàng nhận biết tình trạng hoạt động của hệ thống Việc kiểm tra đèn LED không chỉ thuận tiện mà còn là phần quan trọng trong quá trình chẩn đoán và bảo trì thiết bị, đảm bảo hệ thống luôn hoạt động ổn định và an toàn.
- Ở chế độ STOP, CPU không thực thi chương trình nào, và ta có thể tải xuống một đề án.
Trong chế độ STARTUP, các OB khởi động (nếu có) được thực thi chỉ một lần để chuẩn bị hệ thống Các sự kiện ngắt không được xử lý trong giai đoạn này cho đến khi chuyển sang chế độ RUN, đảm bảo quá trình khởi động diễn ra suôn sẻ và đúng trình tự.
Trong chế độ RUN, chu kỳ quét được thực thi liên tục và lặp đi lặp lại, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định Các sự kiện ngắt có thể xảy ra và được xử lý bất cứ lúc nào trong pha chu kỳ của chương trình, giúp duy trì khả năng phản ứng nhanh của hệ thống Tuy nhiên, người dùng không thể tải xuống một đề án mới khi đang ở chế độ RUN, nhằm đảm bảo tính toàn vẹn và ổn định của quá trình thực thi hệ thống.
CPU hỗ trợ các chế độ bật nguồn đa dạng, trong đó có lệnh STP trong chương trình giúp chuyển CPU về chế độ STOP, cho phép dừng quá trình thực thi dựa trên logic lập trình Bộ nhớ CPU đóng vai trò quan trọng trong việc lưu trữ dữ liệu và hướng dẫn hoạt động của CPU, góp phần nâng cao hiệu suất và xử lý nhanh chóng các tác vụ.
Sự quản lý bộ nhớ
CPU cung cấp các vùng nhớ sau đây để lưu trữ chương trình người dùng, dữ liệu và cấu hình:
Tập lệnh lập trình
Các tiếp điểm Ladder (LAD):
Hình 2.21: Tiếp điểm NC và NO trong S7-1500
Bạn có thể kết nối các tiếp điểm để tạo thành mạch logic liên kết, giúp điều khiển hệ thống hiệu quả Khi chỉ rõ sử dụng bộ định danh I (ngõ vào) hoặc Q (ngõ ra), giá trị của bit sẽ được đọc từ thanh ghi ảnh tiến trình, đảm bảo hoạt động chính xác Các tín hiệu tiếp điểm vật lý trong hệ thống điều khiển được kết nối đến các đầu cực I trên PLC, giúp quá trình xử lý diễn ra chính xác CPU quét liên tục các tín hiệu ngõ vào được kết nối, cập nhật giá trị trong thanh ghi ngõ vào ảnh tiến trình để duy trì trạng thái chính xác của hệ thống.
- Tiếp điểm thường hở NO (Normally Open) được đóng lại (ON) khi giá trị bit bit được gán bằng 0.
- Các tiếp điểm được nối nối tiếp sẽ tạo ra mạch logic AND.
- Các tiếp điểm được nối song song sẽ tạo ra mạch logic OR.
Các hộp FBD: AND, OR và XOR:
Trong lập trình FBD, các mạng tiếp điểm LAD được chuyển đổi thành các mạng sử dụng khối logic AND, OR, và XOR để thể hiện các ngõ vào và ngõ ra của hộp Người lập trình có thể kết nối các hộp logic khác nhau để tạo thành các tổ hợp liên hợp logic phức tạp Để thêm ngõ vào cho hộp, bạn có thể kéo và thả công cụ "Insert binary input" từ thanh công cụ "Favorites" hoặc cây lệnh vào phía đầu vào của hộp hoặc nhấp chuột phải và chọn "Insert input" để tùy chỉnh các ngõ vào một cách dễ dàng hơn.
Các ngõ vào và ngõ ra của hộp có thể kết nối với các hộp logic khác hoặc nhập vào địa chỉ bit và tên ký hiệu bit cho các ngõ chưa kết nối Khi lệnh trong hộp được thực thi, trạng thái ngõ vào hiện tại sẽ được áp dụng cho mạch logic hộp nhị phân, giúp xác định ngõ ra của hộp có đúng hay không.
Hình 2.22: AND, OR và XOR trong S7-1500
Bộ đảo logic NOT trong lập trình sơ đồ khối (FBD) có thể được tạo dễ dàng bằng cách kéo công cụ "Negate binary input" từ thanh công cụ "Favorites" hoặc cây lệnh, rồi thả vào một ngõ vào hoặc ngõ ra để thiết lập bộ đảo logic trên bộ kết nối của hộp.
Tiếp điểm NOT (LAD) chuyển đổi trạng thái logic của đầu vào dòng tín hiệu.
Cuộn dây ngõ ra (LAD):
Hình 2.24: Cuộn dây ngõ ra trong S7-1500
Lệnh xuất cuộn dây ghi giá trị cho một bit ngõ ra, cho phép CPU kiểm soát trạng thái của tín hiệu theo định danh bộ nhớ Q Sau khi thực hiện, CPU sẽ chuyển bit ngõ ra trong thanh ghi ảnh tiến trình về trạng thái on hoặc off, tương ứng với giá trị được gán dựa trên trạng thái của tín hiệu Các tín hiệu ngõ ra này được kết nối đến các đầu cực Q của bộ điều khiển S7, đảm bảo hoạt động chính xác và đồng bộ trong hệ thống điều khiển tự động.
Trong chế độ RUN, hệ thống CPU liên tục quét các tín hiệu ngõ vào, xử lý các trạng thái dựa trên chương trình logic, và cập nhật các giá trị trạng thái ngõ ra trong thanh ghi ảnh tiến trình Sau mỗi chu kỳ thực thi, hệ thống CPU truyền các phản hồi trạng thái ngõ ra mới từ thanh ghi ảnh tiến trình đến các đầu cực nối dây ngõ ra, đảm bảo hoạt động liên tục và chính xác của hệ thống.
- Nếu có luồng tín hiệu chạy qua một cuộn dây ngõ ra, bit ngõ ra được đặt lên 1.
- Nếu không có luồng tín hiệu chạy qua một cuộn dây ngõ ra, bit ngõ ra được đặt về 0.
- Nếu có luồng tín hiệu chạy qua một cuộn dây ngõ ra đảo, bit ngõ ra được đặt về 0.
- Nếu không có luồng tín hiệu chạy qua một cuộn dây ngõ ra đảo, bit ngõ ra được đặt lên 1.
Các lệnh Set (đặt) và Reset (đặt lại).
S và R: Set và Reset 1 bit.
- Khi lệnh S (Set) được kích hoạt, giá trị dữ liệu ở địa chỉ OUT được đặt lên 1.
- Khi lệnh S không được kích hoạt, ngõ ra OUT không bị thay đổi.
- Khi lệnh R (Reset) được kích hoạt, giá trị dữ liệu ở địa chỉ OUT được đặt về 0.
Hình 2.25: Set và Reset trong S7-1500
Khi SET_BF được kích hoạt, một giá trị dữ liệu bằng 1 được gán cho "n" bit bắt đầu tại địa chỉ OUT, giúp thiết lập cờ trạng thái một cách chính xác Ngược lại, khi SET_BF không được kích hoạt, địa chỉ OUT sẽ giữ nguyên giá trị ban đầu và không bị ảnh hưởng Việc điều khiển SET_BF đảm bảo quá trình xử lý dữ liệu diễn ra chính xác và phù hợp với yêu cầu của hệ thống Tích hợp chức năng này giúp nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo tính ổn định của các hoạt động liên quan đến địa chỉ OUT.
RESET_BF là lệnh ghi giá trị dữ liệu bằng 0 vào "n" bit bắt đầu tại địa chỉ OUT, giúp thiết lập trạng thái ban đầu cho các bộ nhớ hoặc cổng dữ liệu Khi RESET_BF không được kích hoạt, giá trị tại địa chỉ OUT không bị thay đổi, đảm bảo tính ổn định và an toàn của hệ thống Các thao tác này thường được sử dụng trong các quá trình reset hệ thống để đảm bảo dữ liệu trở về trạng thái mặc định, nâng cao hiệu quả hoạt động và độ tin cậy.
- Những lệnh này phải là lệnh nằm về bên phải trong một nhánh.
2.2.2 Các bộ định thì (Timer)
Ta sử dụng các lệnh định thì để tạo ra các trì hoãn thời gian được lập trình.
- TP : bộ định thì xung phát ra một xung với bề rộng xung được đặt trước.
- TON : ngõ ra của bộ định thì ON - delay Q được đặt lên ON sau một sự trì hoãn thời gian đặt trước.
- TOF : ngõ ra Q của bộ định thì OFF - delay được đặt lại về OFF sau một sự trì hoãn thời gian đặt trước.
TONR là ngõ ra của bộ định thì có khả năng nhớ trạng thái ON, với chức năng delay được đặt lên ON sau một khoảng thời gian trì hoãn Thời gian trôi qua này được tích luỹ qua nhiều giai đoạn của quá trình định thì, cho đến khi ngõ vào R được kích hoạt để đặt lại thời gian trôi qua Điều này giúp bộ định thì duy trì trạng thái chính xác, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu kiểm soát thời gian chính xác trong hệ thống tự động hóa.
- RT: đặt lại một bộ định thì bằng cách xóa dữ liệu thời gian được lưu trữ trong khối dữ liệu tức thời của bộ định thì xác định.
Trong lập trình, mỗi bộ định thì sử dụng một cấu trúc lưu trữ được đặt trong một khối dữ liệu nhằm duy trì giá trị của biến Khi gán giá trị cho biến, ta thực hiện thông qua lệnh định thì được viết trong trình soạn thảo mã nguồn Việc này giúp giữ cho dữ liệu luôn nhất quán và dễ quản lý trong quá trình thực thi chương trình.
Khi đặt các lệnh định trong một khối hàm, ta có thể chọn tùy chọn khối dữ liệu Multi-instance để tối ưu hóa hiệu suất Các tên cấu trúc định thì có thể khác nhau với các cấu trúc dữ liệu riêng biệt, nhưng dữ liệu định thì được lưu trữ trong một khối dữ liệu duy nhất, không cần tạo ra khối dữ liệu riêng cho từng bộ định thì Điều này giúp giảm thời gian xử lý và giảm thiểu dung lượng lưu trữ cần thiết cho việc xử lý các bộ định thì Trong khối dữ liệu Multi-instance, các cấu trúc dữ liệu định thì không có mối tương tác, mà chia sẻ dữ liệu một cách độc lập, nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống.
- Các bộ định thì TP, TON và TOF có các thông số ngõ vào và ngõ ra giống nhau.
- Bộ định thì TONR có thông số ngõ vào đặt lại được thêm vào R Ta tạo ra một
"Timer name" riêng chỉ định Data Block định thì và miêu tả mục đích của bộ định thì này trong chu trình.
- Lệnh RT đặt lại dữ liệu định thì cho bộ định thì được chỉ định.
Thông số IN khởi động và dừng các bộ định thì:
- Sự quá độ từ 0 lên 1 của thông số IN làm khởi động các bộ định thì TP, TON và TONR.
- Sự quá độ từ 1 về 0 của thông số IN làm khởi động bộ định thì TOF.
Các giá trị PT (preset timer - thời gian đặt trước) và ET (elapsed timer - thời gian đã trôi qua) được lưu trữ dưới dạng số nguyên double có dấu, biểu thị bằng mili giây Dữ liệu TIMER sử dụng bộ định danh T# và có thể nhập dưới dạng đơn vị thời gian thuần túy như "T#200ms" hoặc dạng đơn vị phức hợp như "T#2s_200ms".
Hình 2.27: Giản đồ định thì ON-delay
Hình 2.28: Giản đồ định thì OFF-delay
Ta sử dụng các lệnh bộ đếm để đếm các sự kiện chương trình bên trong và các sự kiện xử lý bên ngoài:
- CTU: bộ đếm đếm lên.
- CTD: bộ đếm đếm xuống.
- CTUD: bộ đếm đếm lên và xuống.
Mỗi bộ đếm được quản lý bằng một cấu trúc dữ liệu lưu trữ để duy trì giá trị đếm Giá trị này được gán vào khối dữ liệu khi lệnh đếm được đặt trong trình soạn thảo Các lệnh đếm sử dụng bộ đếm phần mềm với tốc độ đếm tối đa bị giới hạn bởi khả năng thực thi của chương trình điều khiển (OB) Để đảm bảo phát hiện tất cả các chuyển đổi của các ngõ vào CU hoặc CD, các lệnh trong OB cần được thực thi thường xuyên đủ để cập nhật chính xác giá trị đếm.
Ta tạo ra một "Counter name" riêng chỉ định Data Block bộ đếm và miêu tả mục đích của bộ đếm này trong chu trình.
Phạm vi giá trị của các biến đếm phụ thuộc vào kiểu dữ liệu được chọn, giúp xác định giới hạn của quá trình đếm Nếu sử dụng kiểu số nguyên không dấu, biến đếm có thể giảm xuống 0 hoặc tăng đến giới hạn của kiểu dữ liệu đó Trong khi đó, với kiểu số nguyên có dấu, biến đếm có thể đếm xuống đến giới hạn số âm hoặc lên đến giới hạn số dương của kiểu dữ liệu, đảm bảo tính linh hoạt trong xử lý dữ liệu.
CTU: CTU đếm lên 1 đơn vị khi giá trị của thông số CU thay đổi từ 0 lên 1.
Trong hệ thống đếm, khi giá trị của thông số CV (Current Count Value) lớn hơn hoặc bằng PV (Preset Count Value), ngõ ra của bộ đếm Q sẽ là 1, báo hiệu đã đếm đủ Khi giá trị của thông số đặt lại R chuyển từ 0 lên 1, giá trị đếm hiện thời sẽ được xóa về 0 để chuẩn bị cho chu kỳ đếm mới Hình dưới đây minh họa một giản đồ định thì CTU, trong đó giá trị đếm là số nguyên không dấu với PV bằng 3, giúp dễ dàng theo dõi quá trình đếm và resets của bộ đếm.
Hình 2.30: Giản đồ định thì của CTU
CTD: CTD đếm xuống 1 đơn vị khi giá trị của thông số CD thay đổi từ 0 lên 1.
Giới thiệu thiết bị đầu ra
VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG
3.1 Sơ đồ đấu nối mạch điện
- Thiết kế tủ điện điều khiển
XÂY DỰNG LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN, SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN VÀ CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG
Sơ đồ đấu nối mạch điện
- Thiết kế tủ điện điều khiển
- Sơ đồ đấu nối cảm biến
- Sơ đồ đấu nối van điện từ
Hình 3.3 Sơ đồ đấu nối Van điện từ
3.2 Sơ đồ kết nối vào ra của PLC
- Mạch điều khiển đấu nối với PLC:
Hình 3.5 Mạch điều khiện kết nối plc
Hình 3.6 Sơ đồ thuật toán chế độ tự động
3.4 Bảng phân công địa chỉ đầu vào ra
Quy trình vận hành hệ thống máy chiết rót tự động
Bước 1: Đóng aptomat 1 pha để cấp điện cho hệ thống
Bước 2: Chuyển công tắc về chế độ mong muốn điều khiển(Auto/Man) Bước 3: Bấm Start trên tủ điều khiển để khởi động hệ thống
Bước 4: Cho chai vào băng tải, hệ thống sẽ rót theo công nghệ Bước 5: Bấm Stop để dừng hệ thống theo công nghệ
Bước 6: Bấm nút dừng khẩn cấp khi có sự cố
3.6 Chương trình điều khiển của plc
Network 1 : Khởi động hệ thống
Network 2 : Chọn chế độ làm việc
Network 4 : Tạo xung cho mô phỏng chuyển động
Network 5 : Tạo giá trị chuyển động của chai
Network 6 : So sánh giá trị di chuyển để tạo di chuyển của vật mô phỏng
Network 7 : Tạo mô phỏng đứng yên của chai
Network 8 : So sánh giá trị di chuyển để tạo di chuyển của vật mô phỏng
Network 9 : Tạo mô phỏng đứng yên của chai
Network 10 : So sánh giá trị di chuyển để tạo di chuyển vật mô phỏng
Network 11 : tạo mô phỏng đứng yên của chai
Network 12 : So sánh giá trị di chuyển của vật mô phỏng
Network 13 : Đếm số lượng sản phẩm
3.7 Thiết lập giao diện HMI và ghép nối với PLC
Sau khi hoàn thiện chương trình, người dùng cần sử dụng chức năng "Add New Device" để thiết lập màn hình HMI Tiếp theo, chọn HMI trong phần SIMATIC Basic Panel để xác định loại màn hình phù hợp, đảm bảo quá trình vận hành và giao tiếp giữa thiết bị và hệ thống tự động hóa được diễn ra thống nhất, hiệu quả.
Nhấn 7” Dipay và chọn KTP700 basic chọn màn hình 6AV2 123-2GB03-0AX0
Ta ấn browse và chọn PLC_1 để kết nối
Sau khi kết nối chọn finish để kết thúc
Tiếp đến là phần add tag điều khiển
Giao diện bộ điều khiển
Nhấn nút Start => thông báo yêu cầu nhập số chai cho mỗi thùng
Sau khi nhập số lượng thì chọn chế độ hoạt động
Sau khi chọn chế độ hoạt động là auto => Băng tải hoạt động đưa chai ra bộ phận rửa
Khi chai tác động lên cảm biến thì băng tải dừng và bộ phận rửa chai hoạt động
Sau khi rửa xong băng tải tiếp tục hoạt động đưa chai vừa được rửa sang bộ phân chiết rót
Khi chai tác động vào cảm biến thì băng tải dừng pittong kẹp giữ cố định chai và van dung dịch mở
Khi dung dịch đầy trong chai thì pittong thả ra và van đóng lại, băng tải tiếp tục đưa chai đã đầy dung dịch sang bộ phận đóng nắp
Chai đầy dung dịch tác động cảm biến => băng tải dừng pittong kẹp và pittong đóng nắp chai hoạt động
Sau khi hoàn thành mọi công đoạn băng tải sẽ đưa chai sang bộ phận đóng thùng
Sau khi 2 chai được đóng vào thùng thì băng tải đưa thùng đã đóng ra ngoài
Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài, em đã hoàn thành bài tiểu luận của mình với sự hướng dẫn tận tình từ các thầy cô trong khoa điện, đặc biệt là thầy Nguyễn Thanh Long Nhờ sự nỗ lực của bản thân và sự hỗ trợ của giáo viên, em đã hoàn thiện bài luận đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra.
Trong quá trình thực hiện đồ án, tôi đã nghiên cứu và tìm hiểu các tài liệu có sẵn cũng như các nguồn trên internet để nâng cao kiến thức Nhờ sự hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn, tôi đã đạt được những kết quả đáng kể trong quá trình học tập và hoàn thiện dự án.
- Biết được cách trình bày, kết cấu cơ bản của một bản tiểu luận.
- Hiểu được quy trình công nghệ của dây chuyền chiết rót và vặn nút chai.
- Hiểu được PLC S7-1500, biết được cách lập trình và ứng dụng của PLC S7-
1500 đã đưa phần mềm vào nội dung nghiên cứu.
- Tìm hiểu được phầm mềm Tia portal V16
- Mô phỏng được quá trình làm việc trên phần mềm mô phỏng HMI
Tuy nhiên, với thời gian có hạn cùng với năng lực bản thân nên tiểu luận còn một số hạn chế và thiếu sót,chưa có mô hình thực.
Hướng phát triển của tiểu luận:
- Thiết kế mô hình thực để áp dụng vào trong sản xuất
Dù bài tiểu luận đã hoàn thành, em vẫn nhận thấy còn một số thiếu sót cần khắc phục Em rất mong nhận được góp ý từ các thầy cô trong khoa để bài viết của em được hoàn thiện hơn Xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn cùng các thầy cô đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em trong quá trình làm bài.
