hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động

hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án môn học này, em đã nhận được

sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc em xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM và các thầy cô trong khoa Điện đã dạy bảo

và tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trong quá trình học tập và thực hiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn Th.S Tạ Văn Phương đã luôn quan tâm và nhiệt tình hướng dẫn trong suốt quá trình em làm đồ án

Xin chân thành cảm ơn những người thân đã giúp đỡ động viên trong quá trình học tập và thực hiện đồ án Đồng cảm ơn các anh chị ở trang web plcvietnam.com.vn đã cung cấp cho em những kiến thức cơ bản về tài liệu S7-200 và thiết bị Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày 1 tháng 12 năm 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Tấn Doanh Nguyễn Ngọc Chính

1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt Vấn Đề

Ngày nay, với sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật,thế giới đã có những chuyển biến rõ rệt và ngày càng tiên tiến hơn,hiện đại hơn.Sự phát triển của công nghệ,đặc biệt là công nghệ tự động đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất,thiết bị máy móc hiện đại với những đặc điểm vượt trội như sự chính xác cao,tốc độ nhanh,khả năng thích ứng,sự chuyên môn hóa…đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nền công nghiệp hiện đại

Công nghệ tự động hoá đang trở thành một nghành kỹ thuật đa nhiệm vụ,nó đáp ứng được những đòi hỏi không ngừng của các nghành khác như trong công nghiệp,xây dựng, y tế…kể cả trong nông lâm nghiệp và ngày càng được ứng dụng nhiều trong thực tế đời sống hàng ngày

Trong công nghiệp,trong những nhà máy sản xuất nước uống đóng chai thì dây chuyền chiết rót đóng nắp là một khâu không thể thiếu và rất quan trọng.Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó,nhóm đã thiết kế và xây dựng chương trình “ hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động ”

sử dụng PLC để điều khiển

1.2 Mục Tiêu Đề Tài

Nắm được cách viết chương trình cho một hệ thống sử dụng PLC

Và tiếp tục phát triển từ chương trình đã viết để xây dựng và thiết kế phần cứng cho “ hệ thống chiết rót và đóng nắp tự động ” Và đề xuất phương án thi công sau này cho đề tài

1.3 Nội Dung Đề Tài

Tìm hiểu về cấu tạo nguyên lý hoạt động của nút nhấn, các van điện

từ, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận điện dung Contactor, công tắc hành trình, động cơ 3 pha roto lồng sóc, xi lanh Kết nối các ngõ vào ra của PLC S7-200 CPU 214 với các thiết bị Sử dụng phần mềm để lặp trình cho PLC và mô phỏng để hoạt động đúng với yêu cầu công nghệ,

Vẽ sơ đồ khối, sơ đồ động lực của hệ thống rót, đóng nắp chai.Vẽ sơ đồ kết nối chi tiết cho hệ thống Giải thuật và viết chương trình điều khiển cho hệ thống PLC Nhận xét, đánh giá hệ thống

1.4 Giới Hạn Đề Tài

Đây là mô hình mô phỏng trên máy tính chưa có thiết bị thực tế nên khó khăn trong việc lặp trình từ đó sự chuyển động của hệ thống phụ thuộc nhiều vào cấu hình máy tính

Do chỉ thiết kế phần cứng và viết chương trình và chưa có điều kiện tiếp cận với hệ thống thực tế nên các khâu trong mô hình hoạt động chưa sát với thực tế Thời gian và kiến thức còn hạn chế nên con nhiều chức năng chủa phần mềm PLC chưa được khai thác

1.5 Ý Nghĩa Khoa Học Và Thực Tiễn Của Đề Tài

Có thể được sử dụng làm tài liệu nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực chiết rót, đóng nắp chai tự động cho các sản phẩm trong ngành chế biến nước uống tự động

2 CHƯƠNG 2 PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM

2.1 Thiết Bị Phần Cứng:

2.1.1 Động Cơ 3 Pha Kéo Băng Tải:

Động cơ điện 3 pha G-27039-4 Hitachi

+ Thông số cơ bản:

Điện áp: 3 pha 380v / 50Hz Công suất:HP: 3 kW: 2.2 Frame size: 100

Cấp bảo vệ: IP44 Vòng quay: 1450 vòng / phút

Trọng lượng: 23 Kg

+ Cấu tạo: Gồm 2 phần chính:

Tĩnh gọi là startor:

Vỏ máy Dây quấn trong lõi sắt Động gọi là rotor:

Trục động cơ quay

+ Nguyên lý hoạt động :

Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Khi có dòng điện đi qua cuộn dây của động cơ, cuộn dây của động cơ sẽ sinh ra từ thông từ thông biến thiên sẽ sinh ra sức điện động cảm ứng, cảm ứng lên Rotor nên Rotor quay Do đó động cơ quay

2.1.2 Xilanh (Xilanh khí nén G-5206-5)

Mã số G-5206-5Đường kính xilanh 20mm Đường kính ngoài ~24mm Đường kính cần piston 14mm mạ Cr 40 Hành trình 210mm

Áp suất làm việc 80bar Cấu tạo xilanh thủy lực:

*6;7;11;12-Bich phía không cần của xy lanh thủy lực gồm các chi tiết lỗ bắt ống cấp dầu;giảm chấn;goăng làm kin giữa thân xi lanh và bích bu lông bắt cũng có thể kết cấu hàn đơn giản hơn

*13;14;15;16-Quả piston là bộ phận chính của xy lanh thủy lực để ngăn cách giữa hai khoang có áp và không có áp luôn phiên nhau của xy lanh thủy lực gồm

thân piston và các gioăng phớt bằng cao su chịu dâu hoăc nhựa viton vừa chịu áp suất vừa làm kín cả hai chiều với

vỏ xi lanh;đệm dẫn hướng giữa hai phớt bằng vật liệu chịu mài mòn ( vật liệu phíp chẳng hạn);chiều dài tối thiểu thân piston thường được thiết kế lớn hơn 2/3 của kích thước đường kính lòng xy lanh thủy lực

*18- Vỏ xi lanh được chế tạo từ thép st 35 có độ dẻo tốt;với độ dầy theo tiêu chuẩn chịu áp suất định mức quốc tế.với độ bóng bề mặt trong lòng đạt hoa 10 đến hoa

12 bằng công nghệ lăn miết bi trên bề mặt trong ống thép vừa làm nhẵn bề mặt vừa chai cứng nên làm cho vỏ xy lanh thủy lực tăng độ bền và chịu mài mòn cao

+ Nhiệt đọ cho phép 0-99 độ C + Áp suất hoạt động 0-0.8Mpa

Nguyên Lý Hoạt Động:

Van điện từ có tác dụng đóng mở nhờ dòng điện chạy qua nó Van điện từ UW-15DC24 là van thường đóng, khi có điện van sẽ mở và cho chất lõng và khí đi qua

Ứng dụng:

Dựa vào đặt tính đóng mở bằng điện van điện từ được ứng dụng rộng rãi trong môi trường điều khiển tự động.Có thể kết hợp van điện từ với công tắc cảm ứng để làm hệ thống

tự động khi có chuyển động của người.Có thể ứng dụng van điện từ với công tắc hẹn giờ để làm hệ thống tự động tưới tiêu

Hoạt động của van như sau:

Khi chưa cấp khí vào cửa điều khiển 14, dưới tác dụng của lực lò xo van hoạt động ở vị trí bên phải, lúc đó cửa số 1 thông với cửa số 2 và cửa 4 thông với cửa 5, cửa số 3 bị chặn Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển 14 van 5/2 đảo trạng thái làm cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa 5 bị chặn Bộ phân phối 5/2 dựa trên nguyên lý ổn định kép, bộ phân phối này được đảo vị trí ở phía này hoặc phía khác nhờ vào tác động lực.Van 5/2 cũng có thể điều khiển bằng cơ khí, bằng khí nén hay bằng điện một phía hay cả hai phía

2.1.5 Hộp Số Giảm Tốc :

Loại Hộp Giảm Tốc Rời Cyclo Chân Đế

Hộp Giảm Tốc Rời Cyclo Chân Đế CY34D

2.1.6 SSR 1 pha 240D10

+ Mã sản phẩm: 240D10 + Hãng sản suất: OPTO 22 + Điện áp điều khiển 12-32VDC

+ Dòng điều khiển 200mA

+ Tần số 50Hz

+ Điện áp tải : 240V + Dòng điện : 10A + Điện áp cách điện : 400V

+ Điện trở ngõ vào 1000 ohm

+ Nhiệt độ hoạt động: -20-80C

2.1.7 SSR 3 pha G3PE-515B-3N

+ Mã sản phẩm :G3PE-515B-3N + Hãng sản suất: OMRON + Điện áp điều khiển: 12-24VDC

+ Dòng điều khiển 300mA + Tần số 50/60 Hz

+ Điện áp tải : 180 – 528VAC + Dòng tải : 15A

+ Điện áp cách điện : 2500VAC

+Nhiệt độ hoạt động: -20-80C

Ưu điểm của SSR:

+ Đóng ngắt bằng bán dẫn nên tăng độ bền hơn so với dùng tiếp điểm

+ Giảm thiểu ảnh hưởng của trường điện từ

+ Thời gian đáp ứng nhanh

+ Chống Shock và nhiễu tốt

+ Không tạo ra tiếng ồn khi đóng ngắt

+ Độ tin cậy cao

2.1.8 Công Tắc Hành Trình:

Nguyên lý hoạt động:

Công tắc hành trình trước tiên là cái công tắc tức là làm chức năng đóng mở mạch điện, và nó được đặt trên đường hoạt động của một cơ cấu nào đó sao cho khi cơ cấu đến 1 vị trí nào đó sẽ tác động lên công tắc Hành trình có thể là tịnh tiến hoặc quay

Tuổi thọ Cơ: 106 lần Điện: 5x105

Khi công tắc hành trình đƣợc tác động thì nó sẽ làm đóng hoặc ngắt một mạch điện do đó có thể ngắt hoặc khởi động cho một thiết bị khác

2.1.9 Cảm Biến Quang ( Omron sản xuất )

+ Độ nhạy: điều chỉnh

+ Thu phát chung

Nguyên Lý Hoạt Động:

Cảm biến quang thu phát chung đƣợc cấu tạo gồm một led hồng ngọai thu và một led hồng ngọai phát Khi có vật thể tác động vào vùng phát tia sẽ làm phản xạ lại ánh sáng tác động vào led thu Lúc này led thu sẽ tác động vào Transistor để out tín hiệu

2.1.10 Cảm biến tiệm cận Omron E2K-C25ME1 2M

Loại: tiêu chuẩn

+ Cho phép phát hiện gián tiếp các vật liệu bên trong thùng chứa phi kim loại

+ Kết nối: DC 3 dây, cáp nối sẵn dài 5m

+ Đa dạng ngõ ra: PNP, NO

2.1.11 Nút Nhấn YW1L-MF2E11Q4

Nút nhấn có đèn, loại phẳng, -Nhấn nhả YW1P-MF2E11Q4 ( R, G )

- Nguồn cấp 24V AC/DC, Ø 22

- Tiếp điểm 1NO - 1NC

- Có 2 màu:

+ YW1L-MF2E11Q4R + YW1L-MF2E11Q4G ( R-màu đỏ,G- màu xanh)

2.1.12 Đèn xoay báo hiệu

+ Mã sản phẩm : LTE-1101 + Điện áp 12-24VDC + Công suất 5W

+ Chiều cao: 15cm

+ Đường kính 9cm

2.1.14 PLC Siemens S7-200 CPU224 (DC / DC / DC 6ES7 214-1AD20-0XB0)

Cấu trúc phần cứng của CPU 224

S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của Hãng SIEMENS (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu Modul và có các modul mở rộng Các modul này đƣợc sử dụng cho nhiều ứng dụng lập trình khác nhau Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi

+ Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian

190 giờ kể từ khi PLC bị mất nguồn cung cấp

Các đèn báo trên S7-200 CPU224 DC/DC/DC:

+ SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị hỏng

+ RUN (đèn xanh): Đèn xanh RUN chỉ định PLC đang ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong máy

+ STOP (đèn vàng): Đèn vàng STOP chỉ định rằng PLC đang ở chế

độ dừng chương trình và đang thực hiện lại

Cổng vào ra:

+ Ix.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng vào báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Ix.x Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị Logic của công tắc

+ Qx.x (đèn xanh): Đèn xanh ở cổng ra báo hiệu trạng thái tức thời của cổng Qx.x Đèn này báo hiệu trạng thái của tín hiệu theo giá trị logic của cổng

Chế độ làm việc : PLC có 3 chế độ làm việc:

+ RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình từng bộ nhớ, PLC sẽ chuyển từ RUN sang STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP

+ STOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP

+ TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định chế độ hoạt động cho PLC hoặc RUN hoặc STOP

Ưu điểm của PLC S7-200:

+ Có kích thước nhỏ gọn, được thiết kế để có thể chịu được rung động, nhiệt, độ ẩm và tiếng ồn

+ Có độ ổn định cao

+Dễ dàng nhanh chóng thay đổi cấu trúc của mạch điều khiển bằng cách lập trình lại đáp ứng yêu cầu điều khiển mà không cần thay đổi phần cứng

+Có các chức năng kiểm tra lỗi, dự báo lỗi

+Có thể nhân đôi các ứng dụng nhanh và ít tốn kém

+Có thể kết nối mạng vi tính để giám sát hệ thống

+Điều khiển linh hoạt đa dạng

Ứng dụng của PLC S7-200:

+ Điều khiển bãi giữ xe ôtô tự động

+ Điều khiển các quá trình sản suất

+ Giám sát hệ thống,an toàn nhà xưởng

+ Hệ thống báo động

+ Điều khiển thang máy

+ Điều khiển động cơ

2.2 Phần Mền Lập Trình Và Mô Phỏng Cho PLC:

2.2.1 Phần Mền Lập Trình

Sử dụng phần mêm V4.0 STEP 7 MicroWIN SP9

2.2.2 Phần Mền Mô Phỏng:

Sử dụng phần mềm mô phỏng s7_200 Simulator

3 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Yêu Cầu Công Nghệ:

+ Kiểm tra hệ thống trước khi nút nhấn nút Run

+ Nhấn RUN: băng tải chạy  gặp cảm biến vị trí 1(CB1)  băng tải dừng  sau 2S  van rót  gặp cảm biến mức(CB2)  van ngừng rót  băng tải chạy  gặp cảm biến vị trí 2 (CB3)  băng tải dừng  sau 2s  xilanh dập  đụng công tắc hành trình  xi lanh thu về  sau 2S  động cơ chạy  ( tiếp tục chu kỳ mới) + Nhấn Stop: dừng toàn hệ thống xi lanh thu về

3.2 Sơ Đồ Khối HT Và Giải Thích:

+ Khối Tín Hiệu : gồm các phần tử là nút nhấn Run, Stop, công tắc hành trình, cảm biến vị trí 1 (CB1), cảm biến báo mức ( CB2), cảm biến vị trí 2 ( CB3)

+ Khối Xử Lý Tín Hiệu: gồm các phần tử PLC S7-200 CPU224 + Khối Công Suất: gồm các phần tử SSR 1 pha, SSR 3 pha, van điện

từ 5/2

+ Khối Cơ Cấu Chấp Hành gồm: động cơ kết hợp với bộ phận giảm tốc để kéo băng tải, xilanh, van rót

+ Khối Nguồn Cung Cấp: cung cấp nguồn DC cho phần điều khiển nguồn 1pha và 3pha cho phần động lực

3.3 Kết Nối Phần Cứng:

3.4 Mạch Động Lực:

4 CHƯƠNG 4 : LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT

VÀ VIẾT CHƯƠNG TRÌNH

4.1 Lưu Đồ Giải Thuật

4.2 Chương Trình Điều Khiển

5 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ Đ T ĐƯ C

5 Chương 5: NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ

5.1 Về Phần Cứng:

Qua 15 tuần thực hiện đồ án môn học 3 ,với sự hướng dẫn và giúp

đỡ của thầy TẠ VĂN PHƯƠNG nay em đã hoàn thành đúng hạn và đáp ứng yêu cầu đã được giao Qua thời gian thực hiện đồ án đã giúp em nắm vững hơn về những kiến thức về PLC đã học để áp dụng vào thực tiễn điều khiển hệ thống “ Chiết rót và đóng nắp chai tự động ”

Thực hiện được việc kết nối ngõ vào và ngõ ra của PLC.Hiểu rõ cấu tạo của PLC và hoạt động của hệ thống đóng mở cửa tự động.việc kết nối phần cứng giúp em củng cố được kiến thức lý thiết đã được học

5.2 Về Phần Mềm :

Sử dụng được phần mềm lập trình Step7 microwin, và phần mềm mô phỏng simulator để viết được chương trình cơ bản cho hệ thống “ chiết rót, đóng nắp tự động ” ngoài ra còn nắm được những nhóm lệnh cơ bản trong phần mềm

5.3 Hoạt Động Của Hệ Thống

Vì kiến thức của bản thân còn hạn chế nên đồ án này không tránh khỏi những sai sót, còn nhiều vấn đề chưa giải quyết được như phát hiện lỗi sai sót của chương trình trên lý thuyết và thực tiễn

Đồ án vẫn còn có thể phạm những sai sót do hạn chế về thời gian cũng như điều kiện, do chưa có cơ hội tham quan và tiếp xúc với điều kiện làm việc thực tế, nên khâu thiết kế, hệ thống đóng mở cửa tự động có thể không chính xác