Nghiên cứu xác định phương pháp phá vỡ tế bào nấm men để thu được dịch chiết có khả năng chống oxy hóa

Đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử, trên thực tế đó, đề tài xây dựng các bài thực hành điều khiển lập trình ứng dụng PLC S7-200 xuấ

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

PHAN KHẮC QUỲNH

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU PLC S7-200 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CHIẾT RÓT ĐÓNG NÚT CHAI TỰ ĐỘNG PHỤC VỤ PHÒNG THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

(Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử)

NHA TRANG, THÁNG 6 NĂM 2014

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

PHAN KHẮC QUỲNH

TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU PLC S7-200 ĐIỀU KHIỂN MÔ HÌNH CHIẾT RÓT ĐÓNG NÚT CHAI TỰ ĐỘNG PHỤC VỤ PHÒNG THÍ NGHIỆM TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

PHIẾU NHẬN XÉT VÀ CHẤM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

(theo Thông báo số 300/TB-ĐHNT, ngày 22/5/2014)

Họ và tên giảng viên chấm:………Đơn vị: Khoa Điện – Điện tử Tên sinh viên: Phan Khắc Quỳnh Mã sinh viên: 52130478 Ngành: Công nghệ

kỹ thuật điện, điện tử

Tên đồ án tốt nghiệp:“Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 điều khiển mô hình chiết rót đóng nút chai tự động phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm Truyền động điện- Trường Đại học Nha Trang”

1.2 Về trình bày: (khoa học, rõ ràng, mạch lạc? bảng, đồ thị, sơ đồ được trình bày

đúng quy cách? ngôn ngữ sử dụng; các lỗi chính tả?…)(1đ)

………

………

1.3 Về tài liệu tham khảo và trích dẫn tài liệu tham khảo: (đúng quy cách, nhất

quán; trung thực, đầy đủ, rõ ràng; sắp xếp theo quy định?…)(0,5đ)

………

………

2 Về nội dung

2.1 Về vấn đề và mục tiêu của ĐA: (Vấn đề nghiên cứu được trình bày rõ ràng?

có ý nghĩa thực tiễn? ĐA/KL có mục tiêu rõ ràng và có tính khả thi? có căn cứ để

xác định đối tượng và phạm vi nghiên cứu?…)1đ

………

………

2.2 Về tổng quan tài liệu: (phần tổng quan có phân tích và phê phán? độ tin cậy

và chất lượng nguồn tài liệu sử dụng?…)1đ

2.4 Về phương pháp nghiên cứu: (Phương pháp nghiên cứu có phù hợp với chủ

đề/vấn đề nghiên cứu? có được mô tả đầy đủ? đánh giá và so sánh với các phương pháp khác?…)1đ

………

………

2.5 Về kết quả nghiên cứu và thảo luận: (có độtin cậy? đạt đượcmục tiêu đã đặt

ra?phân tích, đánh giá?(1đ).Tạo ra sản phẩm có tính hoàn thiện, có thể dùng được trong thực tiễn …) (2đ)

………

………

2.6 Về phần kết luận và kiến nghị: (rút ra từ các kết quả nghiên cứu và bàn

luận? Có đáp ứng mục tiêu của đề tài? )(1đ)

………

………

Điểm chấm Đồ án/Khóa luận: Khánh hòa, ngày …… tháng …… năm 2014

Giảng viên chấm (ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử, Trường Đại học Nha Trang đã mở đào tạo từ năm 2006 Một vấn đề được Bộ môn Điện công nghiệp, Khoa Điện-Điện tử, Trường Đại học Nha Trang quan tâm đó là đảm bảo chất lượng đào tạo cho ngành học trên Môn học thực hành điều khiển lập trình là một môn học chuyên ngành có một tầm quan trọng để sinh viên làm việc sau khi tốt nghiệp Đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng đào tạo chuyên ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử, trên thực tế

đó, đề tài xây dựng các bài thực hành điều khiển lập trình ứng dụng PLC S7-200 xuất phát từ ý tưởng thiết kế một bộ thực hành và tài liệu các bài thực hành để sinh viên có thiết bị, tài liệu học tập

Mặt khác, khoa Điện- Điện tử - Trường Đại học Nha Trang hiện nay đang sở hữu các thiết bị PLC đời mới của hãng Siemens (Đức) như biến tần, LOGO, PLC…, vì vậytôi xây dựng đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 điều khiển mô hình chiết rót đóng nút chai tự động phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm Truyền động điện- Trường Đại học Nha Trang”

Đề tài này thực hiện thành công sẽ giải quyết một nội dung thực hành quan trọng

về sử dụng, lập trình điều khiển dùng PLC S7-200, thiết bị được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, tạo ra một mô hình thí nghiệm có tính ứng dụng vào thực tiễn để sinh viên các khóa sau học tập và nghiên cứu

Đồ án được thực hiện là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của bản thân cùng sự hướng dẫn tận tình của các thầy cô giáo

Để có được kết quả ngay từ khi bắt đầu đến lúc kết thúc đề tài, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:

- Ban chủ nhiệm khoa đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi tốt nhất cho tôi hoàn thành tốt đề tài

- Giảng viên hướng dẫn Th.s Nguyễn Thị Ngọc Soạn đã chỉ đạo đúng và kịp thời các vấn đề liên quan trong suốt quá trình thực hiện đề tài

- Th.s Bùi Thúc Minh đã có những ý kiến đóng góp về phần cứng, phần mềm giúp cho đề tài được hoàn thiện hơn

- Ban giám hiệu Trường Trung cấp nghề Cam Ranh và Trường Trung cấp nghề Ninh Hòa đã tạo điều kiện để tôi có thể tham quan thực tế các mô hình thí nghiệm

Tôi xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Với đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 điều khiển mô hình “Chiết rót đóng nút chai tự động” phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm Truyền động điện- Trường Đại học Nha Trang”, mục đích chính là xây dựng mô hình có tính hoàn thiện, có thể đưa vào thực tiễn để thực hành thí nghiệm tại phòng thí nghiệm truyền động điện thuộc Khoa Điện-Điện tử, Trường Đại học Nha Trang

Dựa vào cấu trúc của các hệ thống chiết rót có trong thực tế để mô hình hóa bộ thí nghiệm chiết rót đóng nút chai tự động Đề tài tập trung trình bày lý thuyết về các thiết bị có trong mô hình và thi công để có hệ thống hoàn thiện Quá trình thực hiện được khái quát như sau:

- Tìm hiểu và nghiên cứu các hệ thống chiết rót đóng nút chai tự động có trong thực tế

- Trình bày cơ sở lí thuyết của các thiết bị điều khiển, các thiết bị chấp hành

- Tính toán, thiết kế để lựa chọn phương án tối ưu nhất cho các khối trong mô hình

- Thi công mô hình theo kiểu mô-đun thí nghiệm thực hành

- Kết nối phần mềm với phần cứng đề điều khiển mô hình

- Hoàn thiện đề tài

Nội dung cụ thể của đề tài được trình bày trong 5 chương:

- Chương 1: Giới thiệu đề tài

- Chương 2: Cơ sở lý thuyết

- Chương 3: Thiết kế, thi công mô hình

- Chương 4: Lập trình điều khiển

- Chương 5: Nội dung các bài thực tập và hướng dẫn thực hành trên mô hình Sau khi nghiên cứu, đánh giá kết quả của đồ án, kết luận quan trọng nhất chính làtạo ra được sản phẩm có tính hoàn thiện để đáp ứng được nhu cầu nghiên cứu và học tập cho sinh viên các khóa sau

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU iv

TÓM TẮT ĐỀ TÀI vi

MỤC LỤC vii

DANH SÁCH HÌNH VẼ x

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU xiii

Chương 1 Giới thiệu đề tài 1

1.1 Giới thiệu chung về đề tài cần nghiên cứu 1

1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1

1.1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu 2

1.1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2

1.1.4 Nội dung nghiên cứu chính của đề tài 3

1.2 Tổng quan lịch sử nghiên cứu đề tài 3

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 3

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 4

1.3 Dự kiến kết quả đạt được 6

Chương 2 Cơ sở lý thuyết 7

2.1 Cấu trúc, thông số các thiết bị được sử dụng trong mô hình 7

2.1.1 Khối nguồn 7

2.1.2 Động cơ 8

2.1.3 Rờ-le trung gian 9

2.1.4 Bộ khí nén 11

2.1.5 Cảm biến quang E3F-DS10P2 17

2.2 Lý thuyết tổng quan bộ điều khiển lập trình PLC S7-200 18

2.2.1 Cấu trúc phần cứng 18

2.2.2 Cấu trúc bộ nhớ 20

2.2.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản 20

2.2.4 Ngôn ngữ lập trình 21

2.3 Phần mềm lập trình 21

2.3.1 Phần mềm lập trình STEP 7- Micro/WIN 22

2.3.2 Phần mềm mô phỏng S7-200 Simulator 2.0 34

Chương 3 Thiết kế, thi công mô hình chiết rót đóng nút chai tự động của đề tài 36

3.1 Các hệ thống, mô hình chiết rót có trong thực tế 36

3.1.1 Máy chiết – Đóng nắp chai PET 500ml 36

3.1.2 Máy xoáy nắp chai SK-40 37

3.1.3 Máy chiết piston tự động 38

3.2 Cấu tạo mô hình của đề tài 39

3.3 Quy trình hoạt động và sơ bộ nguyên lý hoạt động của mô hình 39

3.3.1 Quy trình hoạt động 39

3.3.2 Sơ bộ nguyên lý hoạt động của hệ thống 40

3.4 Thiết kế, thi công mô hình 41

3.4.1 Cụm vận chuyển chai 41

3.4.2 Cụm chiết rót 45

3.4.3 Cụm cấp nút 48

3.4.4 Cụm xoắn nút 49

3.4.5 Cụm đếm sản phẩm 51

3.4.6 Cụm bảng điều khiển 53

3.4.7 Khối giá đỡ mô hình 54

Chương 4 Lập trình điều khiển 56

4.1 Sơ đồ đấu dây và các đầu vào/ra 56

4.2 Sơ đồ thuật toán và nguyên lý điều khiển của mô hình 57

4.2.1 Sơ đồ thuật toán 57

4.2.2 Nguyên lý điều khiển mô hình 59

4.3 Chương trình điều khiển tổng hợp 59

Chương 5 Nội dung các bài thực tập và hướng dẫn thực hành trên mô hình 66

5.1 Hướng dẫn thực hành trên mô hình 66

5.1.1 Hướng dẫn sử dụng bộ thí nghiệm, thực hành điều khiển lập trình PLC S7200 66

5.1.2 Cách kết nối các thiết bị trên mô hình và một số lưu ý quan trọng 69

5.2 Nội dung các bài thực tập 72

5.2.1 Bài thực tập số 1: Viết chương trình và kết nối với PLC S7-200 72

5.2.2 Bài thực tập số 2: Kết nối các thiết bị vào/ra của mô hình 73

5.2.3 Bài thực tập số 3: Kết nối, lập trình điều khiển hệ thống chiết rót 74

5.2.4 Bài thực tập số 4: Kết nối, lập trình điều khiển hệ thống xoắn nút chai 75

5.2.5 Bài thực tập số 5: Kết nối, lập trình điều khiển hệ thống chiết rót xoắn nút chai tự động 76

5.2.6 Bài thực tập số 6: Lập trình giao diện WinCC 77

5.3 Giải thích một số từ viết tắt trên bảng điều khiển 79

5.2 Kết quả nghiên cứu và thảo luận 80

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

PHỤ LỤC 84

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1 1 Mô hình trộn sơn tự động 4

Hình 1 2 Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc 5

Hình 2 1 Nguồn 12V-DC 7

Hình 2 2: Động cơ DC có hộp số 8

Hình 2 3 Mặt cắt của động cơ DC có hộp số 8

Hình 2 4 Máy chiết rót 9

Hình 2 5 Các thành phần của một bộ rờ-le 9

Hình 2 6 Sơ đồ nguyên lý của rờ-le AC- 220V 10

Hình 2 7 Hình ảnh rờ- le trong thực tế 11

Hình 2 8 Hình ảnh Van điện từ 5/2 11

Hình 2 9 Cấu tạo van khí nén VQZ 1121- 5M-C4 12

Hình 2 10 Cấu tạo Xy-lanh CY1B 13

Hình 2 11 Xy-lanh CY1B 14

Hình 2 12 Đồ thị đặc tính làm việc của các cylinder 15

Hình 2 13 Cấu tạo Xy-lanh tác dụng kép 15

Hình 2 14 Nguyên lý hoạt động của Xy-lanh tác dụng kép 16

Hình 2 15 Cấu tạo máy nén khí 17

Hình 2 16 Cảm biến quang E3F-DS10P2 17

Hình 2 17 Cấu trúc các Mô-đun của một PLC 18

Hình 2 18 Cổng truyền thông RS-485 19

Hình 2 19 Cách kết nối máy tính với PLC 19

Hình 2 20 Màn hình soạn thảo chương trình STEP 7 Micro/WIN 22

Hình 2 21 Cửa sổ Communicates 26

Hình 2 22 Cửa sổ Set PG/PC Interface 26

Hình 2 23 Cửa sổ màn hình lưu dự án 27

Hình 2 24 Cửa sổ màn hình chứa dự án cần mở 28

Hình 2 25 Timer T-ON 29

Hình 2 26 Thời gian đóng mạch chậm TONR 31

Hình 2 27 Count Up 32

Hình 2 28 Count Down 33

Hình 2 29 Load PLC 35

Hình 2 30 Chạy mô phỏng 35

Hình 3 2 Máy xoắn nắp chai trong thực tế 37

Hình 3 3 Quy trình hoạt động của mô hình 39

Hình 3 4 Nguyên lý hoạt động 40

Hình 3 5 Động cơ với hộp giảm tốc hai cấp 42

Hình 3 6 Động cơ có sẵn hộp số 43

Hình 3 7 Băng tải 44

Hình 3 8 Hệ thống truyền động đĩa xoay 44

Hình 3 9 Hệ thống đĩa xoay 45

Hình 3 10 Xy-lanh XAL01 46

Hình 3 11 Vòi chiết ngắn 46

Hình 3 12 Vòi chiết dài 47

Hình 3 13 Cấp nút theo bàn xoay 48

Hình 3 14 Cấp nút theo độ nghiêng 49

Hình 3 15 Hình ảnh thực tế cụm cấp nút 49

Hình 3 16 Hệ truyền động dung xy lanh XAL01 50

Hình 3 17 Cụm miệng xoắn 51

Hình 3 18: Mạch mô phỏng đếm sản phẩm 52

Hình 3 19 Bảng điều khiển chính 53

Hình 3 20 Mô đun PLC 53

Hình 3 21 Bảng điện mô-đun kết nối 54

Hình 3 22 Khung đỡ mô hình nhìn tổng quát 55

Hình 3 23 Trụ nâng đỡ mô hình 55

Hình 4 1 Sơ đồ đấu dây PLC S7-200 CPU 224 ……….…61

Hình 4 2 Sơ đồ thuật toán chế độ tự động 57

Hình 4 3 Sơ đồ thuật toán chế độ bằng tay 58

Hình 5 1 Cách bố trí mô-đun PLC S7-200 66

Hình 5 2 Sơ đồ nối dây PLC S7-200 CPU 224 AC/DC/Relay 66

Hình 5 3 Các ký hiệu trên PLC S7-200 67

Hình 5 4 Cáp kết nối PLC S7-200 68

Hình 5 5 Các kết nối giữa PLC với máy tính 69

Hình 5 6 Hệ thống chiết rót của đề tài……….80

DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU

2.1 Bảng trạng thái 23

2.2 Timer đóng mạch chậm T-ON 30

2.3 Timer đóng mạch chậm có nhớ TONR 30

2.4 Timer mở mạch chậm T-OF 31

Bảng 3.1 Các thông số của máy chiết piston tự động 38

Bảng 4.1 Địa chỉ vào/ra của chương trình 56

Bảng 5.1 Các câu lệnh lập trình WinCC ……….88

Bảng 5.2 Các từ viết tắt trên bảng điều khiển……… 89

Chương 1.Giới thiệu đề tài

Trong chương này sẽ khái quát ngắn gọn nhất về đề tài cần nghiên cứu, về mục tiêu, nội dung, phạm vi nghiên cứu và các kết quả cần đạt được

1.1 Giới thiệu chung về đề tài cần nghiên cứu

Tên đề tài: “ Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 điều khiển mô hình chiết rót và đóng nút chai tự động phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm Truyền động điện – Trường Đại học Nha Trang”

1.1.1 Tính cấp thiết của đề tài

 Trong những năm gần đây, Bộ môn Điện công nghiệp-Khoa Điện Điện tử được hãng Siemens (Đức) tài trợ các bộ thí nghiệm thực hành điều khiển lập trình thế

hệ mới như PLC S7-200, S7-1200, màn hình HMI…cộng với các bộ điều khiển lập trình mà bộ môn có sẵn đã đáp ứng đầy đủ nhu cầu thực hành thí nghiệm và nghiên cứu học tập của sinh viên Tuy nhiên, các bộ thí nghiệm này chỉ mới dừng lại ở mức thực hành các bài tập kết nối đơn giản mà chưa đưa vào điều khiển mô hình kiểu mô-đun dàn trải cụ thể nào để thấy được tầm quan trọng của chúng cũng như cho sinh viên hiểu rõ hơn về cấu trúc và chức năng của các bộ lập trình

 Mặt khác, đây đều là những thiết bị mà hiện nay các nhà máy xí nghiệp đều đang sử dụng như: biến tần, PLC, LOGO,…vì vậy việc làm quen tiếp xúc, tìm hiểu và điều khiển nó trên các mô hình mô phỏng là điều rất quan trọng cho công việc sinh viên trong tương lai

 Trong đề tài sử dụng các thiết bị điện được trình bày rõ ràng, chỉ dẫn cách kết nối và các ký hiệu trên bảng điện vì vậy giúp cho sinh viên hình dung rõ nét hơn những gì mình đã học trong lý thuyết và áp dụng thực tế như thế nào

Chính vì những lý do đó mà tôi chọn đề tài : “ Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 điều khiển mô hình chiết rót và đóng nút chai tự động phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm Truyền động điện – Trường Đại học Nha Trang” Một mặt,

giúp cải thiện hơn hệ thống thực hành thí nghiệm để cho sinh viên dễ dàng áp dụng lý thuyết được học vào thực tế Mặt khác, giúp cho sinh viên có những kiến thức cơ bản nhất về chuyên ngành để sau này không phải bỡ ngỡ về công việc của mình

1.1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu

 Mục tiêu

- Thiết kế và thi công mô hình chiết rót đóng nút chai tự động theo kiểu mô hình thực hành theo chuẩn của Bộ môn Điện công nghiệp đưa ra

- Sử dụng các phần mềm để phục vụ cho việc điều khiển tự động hóa mô hình

- Xây dựng nội dung các bài thực tập lập trình điều khiển và hướng dẫn thực tập trên mô hình chiết rót đóng nút chai tự động

 Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu bộ lập trình PLC S7-200, các cách kết nối giữa PLC với máy tính và các phần mềm lập trình điều khiển: Step7-MicroWin, Simulator

- Nghiên cứu các thiết bị điện có trên mô hình

- Mô hình đóng chai theo kích thước của chai C2 có trên thị trường

1.1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu

- Thiết bị lập trình điều khiển PLC S7-200 CPU 224 của Siemens và các quy trình thực hiện một bài thực hành điều khiển lập trình ứng dụng PLC

- Các thiết bị điện dùng để điều khiển quá trình hoạt động của hệ thống

 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu điều khiển lập trình dùng PLC S7-200 và các thiết bị chấp hành

- Phương pháp nghiên cứu mô phỏng: mô phỏng các hoạt động của chương trình bằng phần mềm chuyên dụng (Step7- MicroWIN và PLCSim)

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

1.1.4 Nội dung nghiên cứuchính của đề tài

 Tính toán, thiết kế hoàn thiện mô hình thí nghiệm: thiết kế và thi công mô hình theo kiểu các mô hình thực hành, việc kết nối các khối chức năng với các khối điều khiển cần được thực hiện thông qua các rắc cắm điện Tất cả các khối hiển thị đều được lắp đặt trên bảng điều khiển và nằm trong tủ điện chính Làm từ chất liệu nhôm và thép không gỉ để đảm bảo độ bền theo thời gian của mô hình

 Lập trình điều khiển mô hình: lập trình các phần mềm tương ứng để điều khiển PLC trên mô hình

 Hướng dẫn thực tập trên mô hình: giải thích các ký hiệu trên bảng điều khiển, hướng dẫn cách kết nối các thiết bị như thế nào đồng thời đưa ra những lưu ý quan trọng khi sử dụng các thiết bị đó

 Xây dựng các bài thực tập: Xây dựng các bài thực tập từ dễ đến khó đễ sinh viên

dễ dàng tiếp cận hơn với hệ thống cũng như các thiết bị có trong hệ thống

 Viết báo cáo: viết bài báo cáo tổng hợp về quá trình nghiên cứu và thi công mô hình

1.2 Tổng quan lịch sử nghiên cứu đề tài

1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Hiện nay, thiết bị lập trình S7-200 được ứng dụng rộng rãi trên thế giới trong nhiều lĩnh vực Đặc biệt trong lĩnh vực công nghiệp như điều khiển dây chuyền sản xuất xi măng, hóa chất, đường ăn, điều khiển trạm điện, tòa nhà tự động,…

Việc nghiên cứu dàn trải mô hình thí nghiệm ở các dự án, đồ án của các sinh viên trường khác trong những năm gần đây đã cho ra những sản phẩm có tính sáng tạo và ứng dụng cao:

- Mô hình chiết rót chất lỏng và đóng nút tự động dùng PLC S7-200 của Trường Cao đẳng Đức Trí.[1]

- Mô hình thí nghiệm chiết rót và đóng nút chai tự động – Trường Trung cấp nghề Ninh Hòa

- Đề tài cải tiến hệ thống chiết rót đóng chai tự động điều khiển PLC S7-300

- Mô hình chiết rót và đóng nắp chai bia tự động – CĐ Việt Tiến,Nghệ An

Những đề tài này đã góp phần không nhỏ vào việc thực hành trên các thiết bị tự động hóa của các sinh viên thuộc ngành kỹ thuật

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

- Hiện tại, trong các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp đều ứng dụng thiết bị lập trình để điều khiển dây chuyền sản xuất, tuy nhiên đa phần là nhập dây chuyền sản xuất của nước ngoài, kỹ sư trong nhà máy chưa có khả năng sửa chữa khi bị hư hỏng, chủ yếu là sử dụng điều khiển, vì vậy khi có sự cố thì chi phí bỏ ra sẽ rất lớn để đội ngũ kỹ sư nước ngoài bảo trì

- Hiện nay các trường Đại học Việt Nam đều nghiên cứu và sử dụng thiết bị lập trình để giảng dạy và nghiên cứu khoa học nhưng đa số sử dụng các thiết

bị nhập từ các công ty chuyên sản xuất thiết bị thực hành Vì vậy giá thành cao

 Về các mô hình tự động hóa, khoa Điện Điện tử đã có một số sản phẩm thuộc đồ án của các sinh viên khóa trước: [2]

- Mô hình trộn sơn tự động sử dụng PLC S7-1200 và LOGO

Hình 1 1 Mô hình trộn sơn tự động

- Mô hình phân loại sản phẩm sử dụng PLC S7-1200

- Mô hình thang máy 4 tầng

- Mô hình đèn giao thông,…

Và các mô-đun khác có trong phòng thực hành

Hình 1 2 Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc

Đa số các sản phẩm đều đáp ứng đủ cho việc thực hiện các bài thực hành trên các thiết bị điều khiển lập trình Tuy nhiên, do các sản phẩm này không được dàn trải mà chỉ kết nối cố định vì vậy việc cho sinh viên tìm hiểu các thiết bị, chủ động kết nối các thiết bị với nhau hầu như không có nên khó khăn trong việc tiếp cận cũng như áp dụng lý thuyết đã học vào thực hành

Đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 điều khiển mô hình chiết rót và đóng nút chai tự động phục vụ thực tập tại phòng thí nghiệm Truyền động điện – Trường Đại học Nha Trang”sẽ giúp sinh viên ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử thực hành điều khiển ứng dụng PLC để điều khiển theo yêu cầu từ mức độ đơn giản đến phức tạp đáp ứng được nhu cầu nâng câo chất lượng đào tạo của ngành, với những

ưu điểm:

- Thiết bị thí nghiệm thực hành tự chế tạo phù hợp với tình hình thực tế của phòng thí nghiệm, thực của bộ môn, giảng viên hoàn toàn chủ động trong công tác bảo trì và sửa chữa khi có sự cố

- Những linh kiện, thiết bị có trên thị trường Việt Nam, vì vậy dễ dàng thay thế dễ dàng, thuận tiện

- Giá thành của thiết bị rẻ hơn và có tài liệu hướng dẫn thực hành phù hợp với tình hình thực tế tại bộ môn hơn các thiết bị sản xuất của các hãng nước ngoài

1.3 Dự kiến kết quả đạt được

Sau khi hoàn thành đề tài, kết quả cần đạt được:

- Hoàn thiện mô hình thí nghiệm điều khiển lập trình, có sản phẩm để phục vụ cho phòng thực hành Truyền động điện, để lại cho các khóa sau thực hành và nghiên cứu

- Lập nội dung các bài thực hành và tập hướng dẫn thực hành trên mô hình cho sinh viên

- Báo cáo tổng hợp về đề tài

Chương 2 Cơ sở lý thuyết

Bất kỳ một đề tài nào cũng cần có cơ sở lý thuyết làm nền tảng, để xây dựng được cơ sở lý thuyết phải trải qua quá trình thu thập, xử lý và tóm tắt các vấn đề có liên quan đến ý tưởng cho đề tài cần nghiên cứu

Vì vậy chương này tập trung nói về những vấn đề lý thuyết liên quan đến các thiết bị phần cứng, phần mềm cũng như tất cả các thiết bị để xây dựng lên một mô hình thí nghiệm chiết rót đóng nút chai tự động

2.1 Cấu trúc, thông số các thiết bị được sử dụng trong mô hình

2.1.1 Khối nguồn

Nguồn 220V cấp cho hệ thống và PLC: là nguồn xoay chiều lấy từ điện lưới có tần số là 50Hz Nguồn được cấp vào CB tổng để đóng ngắt nguồn cho hệ thống Nguồn vào của PLC gắn cầu chỉ để tránh trường hợp sự cố xảy ra trong quá trình vận hành

Nguồn 24V-DC: lấy từ PLC để cấp điện cho các cảm biến và các nút nhấn tác động vào PLC

Nguồn 12V-DC: lấy từ nguồn tổ ong, là nguồn điện tử (switching power) có hiệu suất cao, nhỏ gọn, ít tỏa nhiệt, độ bền cao, có điện áp ổn định

Hướng dẫn sử dụng:

+ Mắc dây 2 dây từ nguôn AC ( L và N ) vào nguồn tổ ong nhƣ biểu tƣợng trên

đây

+ Đầu ra nguồn 1 chiều đƣợc lấy từ 2 đầu còn lại ( -V, +V)

+ VADJ là chiết áp điều chỉnh điện áp đầu ra

2.1.2 Động cơ

2.1.2.1 Động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều đƣợc sử dụng kéo quay băng tải, hệ thống xoay và bộ phận xoắn nút chai

2.1.2.2 Động cơ máy chiết rót

Được sử dụng để chiết rót nước vào chai, các thông số kỹ thuật như sau:

2.1.3 Rờ-le trung gian

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 2 5 Các thành phần của một bộ rờ-le

1: Máy chiết rót

Hình 2.4 Máy chiết rót

Với rờ- le trung gian cấu tạo gồm 2 phần chính: cuộn dây và tiếp điểm Ngoài ra còn có vỏ bảo vệ và chân đế

Khi có điện vào cuộn dây thì các tiếp điểm lập tức đổi trạng thái (tức là tiếp điểm thường đóng thành thường mở và thường mở thành thường đóng) Mỗi rờ-le được gắn trên một chân đế

Có nhiều loại rờ-le với nhiều mức điện áp hoạt động khác nhau ví dụ: rờ-le DC; rờ-le 12V-DC; rờ-le 220V-AC… Trong đề tài này sử dụng rờ-le 220V-AC với

24V-sơ đồ chân được mô tả như hình 2.6:

Cặp chân số 13, 14: là hai chân điều khiển (cũng chính là hai chân của hai

đầu cuộn dây) Tín hiệu điều khiển là nguồn xoay chiếu có điện áp AC-220V lấy từ các thiết bị điều khiển

Cặp chân số 9, 12: là hai chân cấp nguồn điện phù hợp với điện áp của thiết

bị được điều khiển

Cặp chân số 5, 8: là hai chân thường mở (NO)

Cặp chân số 1, 4: là hai chân thường đóng (NC)

- Tải trở: 5A, 220 VAC/5A, 24 VDC

- Tải cảm ứng: 2A, 220 VAC/2A, 24VDC

2.1.4 Bộ khí nén

2.1.4.1 Van điện từ 5/2VQZ1121-5M-C4

 Cấu tạo

Hình 2 8 Hình ảnh Van điện từ 5/2 Hình 2.7 Hình ảnh rờ- le trong thực tế

Van 5/2 có 5 cổng làm việc: Cổng vào 1; cổng ra (2,4); và hai cửa xả cho mỗi trạng thái (3,5) Van điện từ có 2 trạng thái

 Nguyên lý hoạt động

Van đảo chiều 5/2, tác động trực tiếp bằng dòng khí nén vào từ hai phía của nòng Van không có vị trí "không", van có đặc điểm là "nhớ" vị trí hoạt động khi không còn tín hiệu tác động Khi có tín hiệu khí nén 12 tác động, đẩy nòng piston qua bên trái, lúc này cửa 1 nối với cửa 2, cửa 4 nối với cửa 5, cửa 3 bị chặn Van sẽ giữ vị trí làm việc này cho dù tín hiệu khí nén 12 không còn tác động nữa Cho đến khi có tín hiệu khí nén 14 tác động, nòng piston bị đẩy qua bên phải, lúc này làm cho cửa 1 nối với cửa 4, cửa 2 nối với cửa 3, cửa 5 bị chặn Van sẽ giữ vị trí hoạt động này cho dù dòng khí nén 14 không còn tác động nữa

Tóm lại: trên van VZQ1121-5M-C4 có 2 lỗ lấy hơi và 2 dây nguồn Mỗi lỗ lấy hơi nối sang với lỗ củ Xy-lanh bằng ống hơi Khi không cấp nguồn cho van thì hơi sẽ thông ở lỗ thứ nhất, lỗ thứ hai khóa Khi cấp nguồn cho van thì thì thông

lỗ thứ hai, lỗ thứ nhất khóa lại

Hình 2.9 Cấu tạo van khí nén VQZ 1121- 5M-C4

2.1.4.2 Xy-lanh khí

 Xy-lanh CY1B

 Cấu tạo

- Cấu tạo chi tiết của xilanh CY1B bao gồm các phần chính sau:

+ Thân Xy-lanh và thân trục piston

+ Đầu cấp khí

+ Hai thanh nam châm A-B

+ Các vành đai của piston

- Cấu tạo của x lanh CYB1 đƣợc trình bày nhƣ hình 2.10 :

Hình 2 10 Cấu tạo Xy-lanh CY1B

1.Thân cylinder 2 Đầu cấp khí 3.Ống Cylinder

4 piston 5 thân trục piston 6 Lá bên của piston trong

7 Lá bên piston ngoài 8 Nam châm A 9 Nam châm B

10 Miếng đệm piston 11 Đai của piston 12 Đệm cao su

 Xy-lanh tác dụng kép có cần piston một phía

 Nguyên lý hoạt động

Hình 2 14 Nguyên lý hoạt động của Xy-lanh tác dụng kép

Xy-lanh có hai cửa cấp nguồn được nối với hai cửa của van điện từ Điều khiển hoạt động của Xy-lanh bằng cách kích điện cho van điện từ hoạt động khí nén được

sử dụng để sinh công ở cả 2 phía

2.1.4.3 Máy nén khí

Việc lựa chọn máy nén khí dựa theo yêu cầu về áp suất làm việc của các cơ cấu chấp hành và được lựa chọn theo yêu cầu công nghệ Trong đề tài sử dụng 2 loại piston khí như đã trình bày ở trên nên lựa chọn loại máy nén khí kiểu piston

Làm việc theo nguyên lý thay đổi thể tích Piston đi xuống sẽ hút không khí vào qua van hút Đến hành trình piston đi lên, van hút bị đóng lại van đẩy được mở lên để nén không khí vào bình tích áp Mỗi vòng quay gồm một kỳ nén và một

kỳ hút

Lưulượng của máy nén khí được tính theo công thức:

Trong đó: v là thể tích hành trình của buồng hút (tính cho một vòng quay)

n là số vòng quay mỗi phút

Cấu tạo máy nén khí kiểu piston được trình bày như hình dưới:

Hình 2 15 Cấu tạo máy nén khí

2.1.5 Cảm biến quang E3F-DS10P2

Cấu trúc của cảm biến quang khá đơn giản bao gồm 3 phần chính:

Bộ phát sang: sử dụng đèn bán dẫn LED (Light Emitting Diode) Ánh sáng

đƣợc phát ra theo xung Nhịp điệu xung đặc biệt giúp cảm biến phân biệt đƣợc ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồn khác

Bộ thu sáng: là một phototransistor (tranzito quang) Bộ phận này cảm nhận ánh sáng và biến đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ

Mạch tín hiệu ra: đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang / ASIC thành tín hiệu On / Off đƣợc khuếch đại Khi lƣợng ánh sáng thu đƣợc vƣợt quá mức ngƣỡng đƣợc xác định, tín hiệu ra của cảm biến đƣợc kích hoạt Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục vụ cho các ứng dụng đo đếm

Hình 2.16 Cảm biến quang E3F-DS10P2

 Trong hệ thống sử dụng cảm biến quang E3F-DS10P2 với các đầu dây tín hiệu như sau:

- Dây đen là dây tín hiệu được nối với đầu vào của thiết bị điều khiển

- Dây nâu là dây cấp nguồn dương (+) DC, dây xanh là dây nối mass (-) DC

2.2 Lý thuyết tổng quan bộ điều khiển lập trình PLC S7-200

 PLC, viết tắt của programmable logic controler là thiết bị điều khiển logic lập trình được, hay thiết bị logic khả trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình

 S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình của hãng Siemens ( CHLB Đức) có cấu trúc kiểu mô-đun và có các mô-đun mở rộng Các mô-đun này được sử dụng với những mục đích khác nhau Toàn bộ nội dung chương trình được lưu trong

bộ nhớ của PLC, trong trường hợp dung lượng của bộ nhớ không đủ ta có thể sử dụng dung lượng của bộ nhớ ngoài để lưu chương trình và dữ liệu

 Dòng PLC S7-200 có hai họ là 21X và 22X Trong đó, họ 21X có các đời sau:

2.2.1.2 Cổng truyền thông

- S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS-485 với cổng nối 9 chân để phục vụ việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các trạm PLC khác Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9600 baud Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự

do từ 300 baud đến 38400 baud

- Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG720 hoặc với các lại máy lập trình thuộc ho PG7xx có thể sử dụng một cáp nối thẳng qua MPI Cáp đó đi kèm theo máy lập trình

- Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS-232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485, và qua cổng USB ta có cáp USB/PPI

Hình 2.18 Cổng truyền thông RS-485

Hình 2.19 Cách kết nối máy tính với PLC

2.2.2 Cấu trúc bộ nhớ

Bộ nhớ được chia làm 4 vùng cơ bản, hầu hết các vùng nhớ đều có khả năng đọc/ghi chỉ trừ bộ nhớ đặc biệt SM (Special Memory) là vùng nhớ có chỉ số đọc, số còn lại có thể đọc/ghi được:

- Vùng nhớ chương trình: Là miền bộ nhớ được dùng để lưu giữ các lệnh chương trình Vùng này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được

- Vùng nhớ tham số: Là miền lưu giữ các tham số như từ khóa, địa chỉ, trạm… cung giống như vùng nhớ chương trình, vung này thuộc kiểu non-valatie đọc/ghi được

- Vùng dữ liệu: Được sử dụng để cất các dữ liệu của chương trình bao gồm kết quả của các phép tính, hằng số, định nghĩa trong chương trình , bộ đệm truyền thông…

- Vùng đối tượng: Timer, bộ đếm tốc độ cao HC (high speed counter) và các cổng vào ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng Vùng này không thuộc kiểu non-valatie nhưng đọc/ghi được

- Hai vùng nhớ cuối cùng có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình

2.2.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản

- Số đầu vào, ra

- Mức điện áp, dòng điện cho đầu vào, ra

- Khả năng mở rộng

- Khả năng ghép nối các thiết bị ngoại vi

2.2.4 Ngôn ngữ lập trình

Có 3 dạng soạn thảo thông dụng là dạng LAD, FBD và STL Tuy nhiên, do tính tiện dụng và dễ dàng thao tác trong quá trình lập trình nên dạng hình thang LADDER (LAD) là dạng được người sử dụng lựa chọn phổ biến nhất Vì vậy trong phần này chỉ trình bày ngắn gọn phần ngôn ngữ LAD

Dạng hình thang: LAD (Ladder logic)

- Ở dạng soạn thảo này chương trình được hiển thị gần giống như sơ đồ nối dây một mạch trang bị điện dùng các relay và contactor Chúng ta xem như có một dòng điện

từ một nguồn điện chay qua một chuỗi các tiếp điểm logic ngõ vào từ trái qua phải

để tới một ngõ ra Chương trình điều khiển được chia ra làm nhiều Network, mỗi Network thực hiện một nhiệm vụ nhỏ và cụ thể Các Network được xử lý lần lượt từ trên xuống dưới và từ trái sang phải

- Các phần tử chủ yếu dùng trong soạn thảo này là:

Tiếp điểm không đảo

Tiếp điểm đảo

Ngõ ra (hoặc trạng thái nội của biến)

Các hộp chức năng (Box): các chức năng được biểu diễn ở dạng hộp như các phép toán số học, định thời, bộ đếm

- Dạng soạn thảo này có một số ưu điểm:

Dễ dàng cho những người mới bắt đầu lập trình

Biểu diễn dạng đồ họa dễ hiểu và thông dụng

Luôn luôn có thể chuyển từ dạng STL sang LAD

2.3 Phần mềm lập trình

Trình bày các phần mềm lập trình để hiển thị, điều khiển và kết nối PLC bao gồm: phần mềm lập trình điều khiển PLC S7-200 ( Step7-MicroWin), phần mềm lập trình giao diện (WinCC V7.0), phần mềm mô phỏng (Simantics S7-200) và phần mềm kết nối giữa S7-200 và WinCC (PC Acess)

2.3.1 Phần mềm lập trình STEP 7- Micro/WIN

2.3.1.1 Khởi động phần mềm STEP 7- Micro/WIN

Để mở STEP 7- Micro/WIN, nhấp đúp chuột vào biểu tượng STEP 7- Micro/WIN

trên màn hình destop, hoặc chọn Start > SIMATIC > STEP 7 Micro WIN V4.0 Giao diện màn hình có dạng như hình 2.20:

Hình 2 20 Màn hình soạn thảo chương trình STEP 7 Micro/WIN

Vùng soạn thảo chương trình:

Vùng soạn thảo chương trình chúa chương trình và bảng khai báo biến cục bộ của khối chương trình đang được mở Chương trình con (viết tắt là SUB) và chương trình ngắt (viết tắt là INT) xuất hiện ở cuối cửa sổ soạn thảo chương trình Tùy thuộc vào việc nhấp chuột ở mục nào mà cửa sổ màn hình soạn thảo chương trình

tương ứng sẽ mở

Cây lệnh:

Cây lệnh hiển thị tất cả các đối tượng của dự án và các lệnh để viết chương trình điều khiển Có thể sử dụng phương pháp “drag and drop” (kéo và thả) từng lệnh riêng từ cửa sổ cây lệnh vào chương trình, hay nhấp đúp chuột vào một lệnh mà muốn chèn nó vapf vị trí con trỏ ở màn hình soạn thảo chương trình

sử dụng trngf địa chỉ

Status Chart:

Bảng trạng thái (Status Chart) cho phép người dung giám dát trạng thái các ngõ vào và thay dổi trạng thái từng ngõ ra Sử dụng bảng trạng thái để kiểm tra nối dây phần cứng và xem nội dung các vùng nhớ

2.1 Bảng trạng thái

Trong đó:

- Cột Address: cho phép nhập địa chỉ các biến hay vùng nhớ

- Cột Format: cho phpes chọn dạng dữ liệu của địa chỉ

- Cột Current Value: hiển thị giá trị hiện hành của địa chỉ

- Cột New Value: cho phép thay đổi trạng thái ngõ ra hay nội dung vùng nhớ

Data Block:

Sử dụng Data Block như một vùng nhớ để dặt trước dữ liệu cho các biến

thuộc vùng nhớ V Có thể tạo ra các Data Block khác nhau và đtặ tên theo dữ

Communication ports: Chọn các thong số truyền thông với thiết bị

khác như máy tính hay CPU khác

Retentive Ranges: Chọn các vùng nhớ và địa chỉ sẽ có thuộc tính

retentive

Output Tables: Cho phép thiết lập cấu hình trạng tháo ON và OFF của

mỗi ngõ ra số khi CPU chuyển từ trạng thái Run sang Stop

Input filter: Cho phép chọn thời gian trễ cho một vài ngõ vào hoặc tất

cả ngõ vào số (từ 0.2ms đến 12.8 ms) Mục đích là giúp chỗng nhiễu ở việc nối dây ngõ vào

Pulse Catch Bits: Cho phép thiết lập một ngõ vào để bắt lấy sự

chuyển đổi trạng thái tín hiệu rất nhanh Ngay khi có chuyển đổi, giá trj ngõ vào sẽ được chốt cho đến khi được đọc bởi chu kỳ quét của PLC

Background Time: Cho phpes thiết lập lượng thời gian PLC sẽ dành

cho các hoạt động nền trong chế độ RUN Đặc điểm này được sử dụng chủ yếu để điều khiển ảnh hưởng của chu kỳ quét khi xử lý trạng thái và trong hoạt động soạn thảo runtime

EM Confuguration: Các mô-đun intelligent và địa chỉ cấu hình tương

ứng được định nghĩa trong dự án Thường thì STEP 7- Micro/WIN wizard đặt các địa chỉ này

Configure LED: LED SF/DIAG ( System Fault/Diagnostic) có thể

được chọn sang khi thực hiện chức năng cưỡng bức (Force) hoặc xảy ra lỗi vào/ ra (I/O)

Increase Memory: Tăng bộ nhớ chương trình bằng cách không cho soạn

thảo ở chế độ RUN Đối với bộ nhớ Dữ liệu thì không thể

Cross Reference:

Bảng tham chiếu cho biết nững địa chỉ vùng nhớ nào (Byte, bit, word hay DWord, timer, counter,…) đã sử dụng và vị trí (location) trong chương trình cũng như chức năng của chúng