thiết kế và thi công mô hình chiết rót đóng nắp chai tự động sử dụng PLC để điều khiển

Công nghệ tự động hoá đang trở thành một nghành kỹ thuật đa nhiệm vụ,nó đáp ứngđược những đòi hỏi không ngừng của các nghành khác như trong công nghiệp,xây dựng,ytế…kể cả trong nông - lâ

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay,với sự ứng dụng của khoa học kỹ thuật,thế giới đã có những chuyển biến rõrệt và ngày càng tiên tiến hơn,hiện đại hơn.Sự phát triển của công nghệ,đặc biệt là côngnghệ tự động đã tạo ra hàng loạt dây chuyền sản xuất,thiết bị máy móc hiện đại với nhữngđặc điểm vượt trội như sự chính xác cao,tốc độ nhanh,khả năng thích ứng,sự chuyên mônhóa….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 ứngđược những đòi hỏi không ngừng của các nghành khác như trong công nghiệp,xây dựng,ytế…kể cả trong nông - lâm nghiệp và ngày càng được ứng dụng nhiều trong thực tế đờisống hàng ngày

Trong công nghiệp,trong những nhà máy sản xuất nước uống đóng chai thì dâychuyền chiết rót đóng nắp là một khâu không thể thiếu và rất quan trọng.Xuất phát từ nhucầu thực tế đó,nhóm đã thiết kế và thi công mô hình chiết rót đóng nắp chai tự động sửdụng PLC để điều khiển

Nội dung của đồ án bao gồm 5 Chương:

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ, TÌM HIỂU VỀ PLC S7 – 200 CỦA SIEMEN VÀ DÂY CHUYỀN CHIẾT CHẤT

LỎNG, ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG

Chương 2 : ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH SẢN PHẨM Chương 3: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG

Chương 4: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC S7-200

Chương 5: KẾT QUẢ, PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KẾT LUẬN

Với sự hạn chế về kiến thức nên chắc chắn đồ án này không tránh khỏi những thiếu

sót,rất mong quý Thầy Cô và các bạn chân thành góp ý,xin chân thành cảm ơn

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

……

……

NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện)

……

……

MỤC LỤC CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ,TÌM HIỂU VỀ PLC S7 – 200 CỦA SIEMEN VÀ DÂY CHUYỀN CHIẾT CHẤT LỎNG, ĐÓNG NẮP CHAI TỰ ĐỘNG……….………8

1.1 Tổng quan về tự động hóa quá trình công nghệ 8

1.1.1Khái niệm : 8

1.1.2 Chức năng của hệ thống tự động hóa quá trình công nghệ 12

1.1.2.1, Chức năng thông tin 12

1.1.2.2 Chức năng trao đổi trực tiếp : 13

1.1.2.3 Chức năng điều khiển 13

1.1.2.4 Chức năng bổ trợ 13

1.2 Tìm hiểu về PLC S7 – 200 của SIEMEN 13

1.2.1 Giới thiệu về PLC S7-200 của SIEMEN 13

1.2.2Tìm hiểu tập lệnh PLC của s7-200 16

1.3 Dây chuyền chiết rót chất lỏng, đóng nắp chai tự động 21

1.3.1 Mục đích ứng dụng 21

1.3.2 Tổng quan chung về hệ thống 21

1.3.2.1 Giới thiệu 21

1.3.2.2 Phân loại các dạng chiết và đóng nắp chai 21

1.3.3 Mục đích của đề tài 23

CHƯƠNG 2 : ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH SẢN PHẨM 24

2.1 Đặt vấn đề: 24

2.1.1 Xây dựng mô hình bài toán: 24

2.1.2 Giới thiệu về các thuật toán điều khiển 26

2.2 Thiết kế khung cơ khí trên hệ thống trên Inventor 27

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor 27

2.1.2 Vẽ các đối tượng 2D 33

2.1.3 Môi trường lắp ráp (Assembly) 37

2.3 Thiết kế khung cơ khí trên inventor và thực tế 38

2.3.1 Thiết kế trên Inventor 39

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ THỐNG… … 41

3.1 Tính toán và chọn động cơ hệ thống mâm quay 43

3.2 Thiết kế cơ khí cho băng tải 46

3.2.1 Tính toán và chọn các thành phần của băng tải 46

3.2.1.1 Băng tải 46

3.2.1.2 Tính công nghệ 46

3.2.1.3 Hình ảnh chi tiết băng tải thiết kế bằng inventor 48

3.2.2 Hệ thống truyền động 51

3.2.2.1 Hệ thống điều chỉnh băng chuyền 51

3.2.2.2 Các chi tiết liên quan 51

3.2.2.3 Chọn động cơ điện 51

3.3 Cơ cấu đóng và cấp nút chai 54

3.3.1 Quy trình cấp nút và đóng chai 54

3.3.2 Các dụng cụ khí nén 56

3.3.2.1 Xylanh AKS 56

3.3.2.2 Van điện từ 5/2 57

3.4Tính toán lượng nước vào chai 59

CHƯƠNG 4:HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PLC S7-200 62

4.1 Nguyên tắc điều khiển và lựa chọn thiết bị điều khiển 62

4.2Sơ đồ mạch điện và mạch động lực 63

4.2.1Sơ đồ mạch điện 63

4.2.2sơ đồ mạch động lực 64

4.3Lập trình trên phần mềm V4.0 STEP 7 MicroWIN 65

4.3.1Chương trình dạng LAD 65

CHƯƠNG 5 : KẾT QUẢ, PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KẾT LUẬN 69

5.1 Kết quả 69

5.2 Phương hướng phát triển: 71

5.3 Kết Luận 71

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 72

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan về hệ thống hóa quá trình công nghệ………9

Hình 1.2:Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200……….12

Hình 1.3:Các bộ timer, counte, hàm toán học……… 15

Hình 1.4 Máy chiết dịch và ghép nút cao su MODEL KFG………20

Hình 1.5 Dây chuyền xúc rửa, chiết rót, đóng nắp chai……… 20

Hình 2.1: Giao diện chính……….26

Hình 2.2: Tab New File cho phép bạn có thể lựa chọn các tool thiết kế……… 27

Hình 2.3: Thanh lệnh tool ……….27

Hình 2.4: Menu File/Open……… 28

Hình 2.5: Mở 1 File có sẵn ………29

Hình 2.6: Menu lưu File ……….30

Hình 2.7: Lưu dẫn File……….30

Hình 2.8: Vẽ các biên dạng 2D ………31

Hình 2.9: Lệnh ràng buộc ……….………31

Hình 2.10: Lệnh Pattem ……… 31

Hình 2.11: Lệnh Modify ……… 31

Hình 2.12: Môi trường 3D……… 32

Hình 2.13: Lệnh Create………33

Hình 2.14: Hộp thoại Extrude………33

Hình 2.15: Hộp thoại Revolve ………

34 Hình 2.16: Môi trường Assembly……… 35

Hình 2.17: Hộp thoại Place Component ……….35

Hình 2.17: Hộp thoại Place Constrain……….36

Hình 2.18: Bệ đỡ động cơ……….37

Hình 2.19: Bệ đỡ mâm quay……….37

Hình 2.20: Mâm quay……… 38

Hình 2.21: Thanh đỡ trục mâm quay……… 38

Hình 2.22 :Thanh V đỡ động cơ mâm quay……… 39

Hình 2.23 : Băng tải……….39

Hình 2.24: Máng đưa nút………40

Hình 2.25: Khung cơ khí hệ thống……… 40

Hình 3.1: Động cơ bước mâm quay……… 42

Hình 3.2: Bản vẽ 2D của động cơ ……….42

Hình 3.3: Mô hình băng tải………44

Hình 3.4: Sản phẩm……….45

Hình 3.5: Thân băng tải……… 46

Hình 3.6: Tang dẫn……… 47

Hình 3.7: Trục tang dẫn……… 47

Hình 3.8: Trục tang bị dẫn………48

Hình 3.9: Đệm trục tang bị dẫn……… 48

Hình 3.10: Dây đai ……… 49

Hình 3.11: Mô hình băng tải……… 50

Hình 3.12: Xilanh ……… 52

Hình 3.13: Đầu dập nút chai……… 53

Hình 3.14: Cơ cấu đóng nút ………53

Hình 3.16: xylanh AKS ……….54

Hình 3.15: Giá đỡ xilanh đưa nút……… 54

Hình 3.17: Van diện từ 5/2 Airtac……… 55

Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý……… 56

Hình 3.19: Motor bơm nước……… 57

Hình 3.20: Sản phẩm ……… 58

Hình 3.21 : Van tiết lưu ……… 59

Hình 4.1 sơ đồ mạch điều khiển ………

61 Hình 4.2 sơ đồ mạch động lực ………

62 Hình 5.1 khung cơ khí………

67 Hình 5.2 băng tải đưa chai ……….68

Hình 5.3 tủ điện……… 68

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ, TÌM HIỂU VỀ PLC S7 – 200 CỦA SIEMEN VÀ DÂY CHUYỀN

Sơ đồ tổng quan về hệ thống tự động hóa quá trình công nghệ:

Hình 1.1: Sơ đồ tổng quan về hệ thống hóa quá trình công nghệ

Tùy thuộc công nghệ yêu cầu, ứng với mỗi quá trình công nghệ người ta xây dựng hệ điều khiển tương ứng.Việc xây dựng tùy thuộc vào chỉ tiêu chất lượng đặt ra.

Tuy nhiên có thể nói rằng tất cả các hệ đều phải trên cơ sở nền tảng:

Có con người phục vụ, thao tác điều phối giám sát

Đảm bảo được vấn đề thong tin, tổ chức, kỹ thuật, chương trình toán học

Trong quá trình hoạt động của hệ, các khâu có quan hệ mật thiết với nhau Con người cùng với thiết bị tính làm nhiệm vụ đảm bảo cho hệ thống làm việc theo yêu cầu công nghệ đặt ra

Đảm bảo toán học, chương trình sẽ xác định đúng các luật điều khiển chiến lược điều khiển cho hệ thống, thong qua các thiết bị kỹ thuật để thực hiện hóa, đảm bảo

hệ thống làm việc theo yêu cầu công nghệ mong muốn

1.1.2 Chức năng của hệ thống tự động hóa quá trình công nghệ

Tùy thuộc vào đặc điểm công nghệ mà chức năng của hệ thống có những đặc điểm đặc trưng khác nhau Tuy nhiên các hệ thống tự động hóa quá trình sản xuất ngày nay đều cố gắng hoàn thiện các chức năng sau:

- Chức năng thong tin

- Chức năng trao đổi trực tiếp

- Chức năng điều khiển

- Chức năng bổ trợ

1.1.2.1, Chức năng thông tin.

Hệ thống tự động hóa quá trình công nghệ phải đảm bảo được vấn đề thông tin cho toàn hệ Các hệ con của hệ này cần phải giải quyết :

+ Chọn, soạn thảo và thu nhận thông tin Ví dụ : đo lường các thông số của quá trình, các tín hiệu về trạng thái của trạng thái hệ thống

+ Kiểm tra, ghi lại các thông số của quá trình, trạng thái của các thiết bị so với ban đầu, yêu cầu tín hiệu hóa các giá trị vượt giá trị giới hạn

+ Phân tích được hoạt động của hệ thống, ghi nhận trạng thái khi không an toàn.+ Ghi lại quá trình công nghệ theo các thông số công nghệ yêu cầu Ví dụ đồ thị, hình ảnh

Chức năng thông tin là rất quan trọng, đây chính là yếu tố thiết yếu của một hệ thống tự động.Bởi vì để điều khiển một hệ thống đòi hỏi phải nắm vững được các thông số, trạng thái của hệ Chức năng thông tin cung cấp những thông số, quá trình hoạt động của hệ thống để giúp cho quá trình điều khiển, giám sát hệ thống Chính vì vậy mà trong hệ thống tự động hóa, ngày càng đòi hỏi phải hoàn thiện thì

hệ càng có tính điều khiển thời gian thực và có khả năng giám sát cao

1.1.2.2 Chức năng trao đổi trực tiếp :

Các hệ thống con dung trao đổi trực tiếp có nhiệm vụ xử lý logic các thông tin về

hệ thống trong trạng thái sự cố và hoạt động bình thường

Các nhiệm vụ cơ bản :

+ Trao đổi diễn biến công nghệ, trạng thái thiết bị công nghệ

+ Kiểm tra các thông tin cho kết quả

+ Thông báo trước về tình trạng sự cố, khả năng giảm chất lượng sản phẩm

1.1.2.3 Chức năng điều khiển.

Chức năng này nhằm đưa công nghệ đang thực hiện đạt được các mục tiêu hiệu quả nhất Các hệ con phải đảm bảo :

+ Điều chỉnh, bảo vệ, điều khiển logic .( theo công nghệ yêu cầu ) các thông số của hệ

+ Ổn định các thông số của công nghệ

+ Đảm bảo chống nhiễu lên hệ thống

+ Dừng hoặc khởi động lien động khi thay đổi ca sản xuất

+ Điều khiển các hoạt động bổ trợ năng lượng

+ Kiểm tra hoạt động của các luật điều khiển

+ Cùng với người vận hành, phải đảm bảo điều khiển hệ trong các chế độ của hệ thống

+ Đảm bảo kế hoạch tối ưu cho quá trình sản xuất

1.1.2.4 Chức năng bổ trợ.

- Bảo vệ sức khỏe của con người, người vận hành

- Bảo vệ an toàn chung, kỷ luật lao động

- Bảo vệ chống sự cố lên người vận hành, môi trường

Mức độ của các chức năng trên phụ thuộc vào sự phát triển của kỹ thuật và mức

độ đầu tư tự động hóa, yêu cầu chất lượng sản phẩm

1.2 Tìm hiểu về PLC S7 – 200 của SIEMEN

1.2.1 Giới thiệu về PLC S7-200 của SIEMEN.

 Cấu trúc bộ nhớ PLC:

Bộ điều khiển lập trình S7-200 được chia thành 4 vùng nhớ Với 1 tụ có nhiệm vụduy trì dữ liệu trong thời gian nhất định khi mất nguồn bộ nhớ S7-200 có tính năng động

cao, đọc và ghi trong phạm vi toàn vùng loại trừ các bít nhớ đặc biệt SM ( SpecialMemory) chỉ có thể truy nhập để đọc.

Hình 1.2:Bộ nhớ trong và ngoài của S7-200

-Vùng chương trình: Là vùng bộ nhớ được sử dụng để lưu trữ các lệnh chương trình

vùng này thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được

- Vùng tham số: Là vùng lưu giữ các tham số như: Từ khoá, địa chỉ trạm cũng giống

như vùng chương trình thuộc bộ nhớ trong đọc và ghi được

-Vùng dữ liệu: Là vùng nhớ động được sử dụng cất các dữ liệu của chương trình bao

gồm các kết quả các phép tính nó được truy cập theo từng bit từng byte vùng này đượcchia thành những vùng nhớ với các công dụng khác nhau

-Vùng I (Input image register): Là vùng nhớ gồm 16 byte I (đọc/ghi): I.0 – I.15.

-Vùng Q (Output image register): Là vùng nhớ gồm 16 byte Q (đọc/ghi): Q.0 – Q.15.

-Vùng M (Internal memory bits): là vùng nhớ gồm có 32 byte M (đọc/ghi):M.0 –

SM200-SM549 đọc/ghi của các module mở rộng.

-Vùng đối tượng: Là timer (định thời), counter (bộ đếm) tốc độ cao và các cổng vào/

ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối cùng vùng này không thuộc kiểu non-volatilenhưng đọc ghi được

- Timer (bộ định thời): đọc/ghi TO - T255

- Counter (bộ đếm): đọc/ghi CO - C255

- Bộ đếm vào analog (đọc): AIWO - AIW30

- Bộ đếm ra analog (ghi): AQWO - AQW30

- Accumulator (thanh ghi): ACO - AC3

Các chương trình xử lý ngắt là một bộ phận của chương trình, nếu cần sử dụngchương trình xử lý ngắt phải viết sau lệnh kết thúc MEND

Các chương trình con được nhóm lại thành một nhóm ngay sau chương trình chính,sau đó đến ngay các chương trình xử lý ngắt bằng cách viết như vậy cấu trúc chương trìnhđược rõ ràng và thuận tiên hơn trong việc đọc chương trình có thể trộn lẫn các chươngtrình con và chương trình xử lý ngắt đằng sau chương trình chính

 Phương pháp lập trình PLC với phần mềm STEP7-Micro/WIN 32:

-Cách lập trình cho S7-200 dựa trên hai phương pháp cơ bản: Phương pháp hìnhthang (ladder logic - viết tắt là LAD) và phương pháp liệt kê lệnh (Statement List viết tắt

là STL) và phương pháp thứ 3 mà không được dùng thông dụng là phương pháp sơ đồkhối chức năng (Funtion Block Diagram viết tắt là FBD).

-Chương trình được viết theo kiểu LAD thiết bị lập trình sẽ tạo ra một chương trìnhtheo kiểu STL tương ứng Nhưng ngược lại không phải tất cả các chương trình viết theokiểu STL đều có thể chuyển sang dạng LAD

 Phương pháp LAD: LAD là ngôn ngữ lập trình đổ hoạ những thành phần cơ bản

dùng trong LAD tương ứng với các thành phần cơ bản dùng để biểu diễn lệnh logic nhưsau:

- Tiếp điểm: Là biểu tượng (Symbol) mô tả các tiếp điểm rơle các tiếp điểm có thểthường đóng hoặc thường mở

- Cuộn dây (coil): là biểu tượng (Q0.0) mô tả rơle mắc theo chiều dòng điện cungcấp cho rơle

- Hộp (box): là biểu tượng mô tả các hàm khác nhau nó làm việc khi có dòng điệnchạy đến hộp thường là các bộ thời gian (timer), bộ đếm (counte) và các hàm toán học:

Hình 1.3:Các bộ timer, counte, hàm toán học

- Mạng LAD: là đường nối các phần tử thành một mạch hoàn thiện, đi từ đườngnguồn bên trái sang nguồn bên phải dòng điện chạy từ trái qua tiếp điểm đến các cuộn dâyhoặc các hộp trở về bên phải nguồn

 Phương pháp liệt kê lệnh STL: Phương pháp liệt kê (STL) là phương pháp thực

hiện chương trình dưới dạng tập hợp các câu lệnh Mỗi câu lệnh trong chương

trình kể cả những lệnh hình thức biểu diễn một chức năng của PLC

Để tạo một chương trình dạng STL người lập trình cần phải hiểu rõ phương thức

sử dụng của ngăn xếp logic của S7-200 (S0 - S8)

Ngăn xếp lôgic là một khối gồm 9 bit chồng lên nhau Tất cả các thuật toán liênquan đến ngăn xếp, đều chỉ làm việc với bit đầu tiên hoặc với bit đầu và bit thứ hai củangăn xếp (S0 - S1) giá trị logic mới đều có thể được gửi vào ngăn xếp

 Phương pháp FBD: Dùng các phần tử logic để viết chương trình ví dụ các mạch

AND, OR, NOT

+ Cú pháp lệnh cơ bản trong PLC S7-200

Hệ lệnh của S7-200 được chia làm 3 nhóm:

- Nhóm lệnh không điều kiện: Các lệnh mà khi thực hiện thì làm việc độc lập khôngphụ thuôc vào giá trị logic của ngăn xếp

- Nhóm lệnh có điều kiện: Các lệnh chỉ thực hiện được khi bit đầu tiên của ngăn xếp

có giá trị logic bằng 1

- Nhóm lệnh đặt nhãn: Các nhãn lệnh đánh dấu vị trí trong tập lệnh

Trong các bảng lệnh còn mô tả sự thay đổi tương ứng của nội dung ngăn xếp khilệnh được thực hiện Cả hai phương pháp LAD và STL đều sử dụng ký hiệu I để chỉ việcthực hiện tức thời (Immediateli) tức là giá trị được chỉ dẫn trong lệnh vừa được chuyểnvào thanh ghi ảo vừa đồng thời được chuyển đến tiếp điểm chỉ dẫn trong lệnh ngay khilệnh đượcthực hiện chứ không phải chờ đến giai đoạn trao đổi với ngoại vi của vòng quét.Điều đó khác với lệnh không tức thời là giá trị được chỉ định trong lệnh chỉ được chuyểnvào thanh ghi ảo khi thực hiện lệnh

 Các lệnh Timer, Counter:

- Timer:

Timer là bộ tạo thời gian trễ giữa tín hiệu vào và tín hiệu ra nên trong điều khiểnthường được gọi là khâu trễ.Nếu ký hiệu tín hiệu (logic) vào là x (1) và thời gian trễ là tthì tín hiệu đầu ra của Timer là x (l-t).trong S7-200 có hai loại Timer khác nhau:

- Timer tạo thời gian trễ không có nhớ (On-Delay Timer), ký hiệu là TON

- Timer tạo thời gian trễ có nhớ (Retentive On-Delay Timer), ký hiệu là TONR.Hai loại Timer này phân biệt nhau bởi phản ứng của chúng đối với tín hiệu vào.Cảhai loại đều bắt đầu tạo thời gian trễ từ thời điểm có sườn lên của tín hiệu vào.Nhưng TON sẽ tự Reset khi đầu vào có mức logic 0, còn TONR thì không tự Reset khimất tín hiệu vào TON được dùng để tạo thời gian trễ trong một khoảng thời gian, cònTONR thời gian trễ được tạo ra trong nhiều khoảng khác nhau.Trong phần này chúng tachỉ nghiện cứu loại Timer TON

 Counter:

- Couner là bộ đếm thực hiện chức năng đếm sườn lên của xung S7-200 có hai loại

bộ đếm: bộ đếm tiến (CTU) và bộ đếm tiến/lùi (CTUD) Bộ đếm tiến đếm số sườn củaxung vào, tức là đếm số lần thay đổi trạng thái Logic từ 0 lên 1 của tín hiệu Số sườn xungđếm được ghi vào thanh ghi 2 byte của bộ đếm gọi là thanh ghi C-word

Nội dung của C-word, được gọi là giá trị tức thời của bộ đếm, luôn được so sánhvới giá trị đặt trước của bộđếm., ký hiệu là PV Khi giá trị đếm tức thời bằng hoặc lớnhơn giá trị đặt trước thì bộ đếm báo ra ngoài bằng cách đặt giá trị logic 1 vào bit đặc biệtcủa nó, được gọi là C-bit Trường hợp giá trị đếm còn nhỏ hơn giá trị đặt trước thì C-bit

Bộ đếm tiến/lùi CTUD thực hiện đếm tiến khi gặp sườn lên của xung vào cổngđếm tiến, ký hiệu là CU trong LAD hoặc bit thứ 3 ngăn xếp trong STL, và đếm lùi khigặp sườn lên của xung vào cổng đếm lùi, ký hiệu là CD trong LAD hoặc bit thứ 2 ngănxếp trong STL Việc xoá bộ đếm CTUD cũng có hai cách tương tự như bộ đếm CTU.

 Các lệnh so sánh:

Nếu các quyết định về điều khiển được thực hiện khi cần có sự so sánh thì có thể

sử dụng lệnh so sánh theo byte, từ hay từ kép (giá trị thực hoặc nguyên) Những lệnh sosánh thường là: so sánh nhỏ hơn hoặc bằng (<=); so sánh bằng (=) và so sánh lớn hơnhoặc bằng (>=)

Khi so sánh các giá trị của byte thì không cần phải để ý đến dấu của toàn hạng,ngược lại khi so sánh các từ hoặc từ kép với nhau thì phải để ý đến dấu của các toàn hạng

là bit cao nhất trong từ hoặc từ kép Kết quả của phép so sánh có giá trị bằng 0 (nếu đúng)hoặc 1 (nếu sai) nên có thể sử dụng kết hợp cùng với các lệnh logic LD, A,

O Để tạo ra được các phép so sánh mà S7 - 200 không có lệnh tương ứng như: so sánhkhông bằng nhau (<>), so sánh nhỏ hơn (<) hoặc so sánh lớn hơn (>), có thể tạo ra đượcnhờ dùng kết hợp lệnh NOT với các lệnh đã có (=, >= và <=) Ví dụ sau mô tả việc thựchiện phép so sánh không bằng nhau (<>) giữa các nội dung của từ VW100 và hằng số 50bằng cách sử dụng kết hợp các phép tính so sánh bằng nhau

1.3 Dây chuyền chiết rót chất lỏng, đóng nắp chai tự động.

1.3.1 Mục đích ứng dụng

Máy chiết rót là dây truyền công nghệ được phát triển dựa trên nền tảng của nhiềungành công nghệ khác nhau, nó được phát triển và cải tiến qua nhiều năm tháng để ngàycàng đáp ứng với nhu cầu phát triển của thế giới

Máy chiết rót và đóng nắp tự động thực hiện những ứng dụng hết sức cơ bản nhằmnâng cao năng xuất và chất lượng của sản phẩn trong các ngành công nghiệp như : Thựcphẩm , mỹ phẩm , hóa chất… vào các chai, lọ, bình Ứng dụng vô chai và đóng nắp tựđộng cho dầu ăn, dầu gội nước lau nhà…

1.3.2 Tổng quan chung về hệ thống

1.3.2.1 Giới thiệu

Hệ thống chiết và đóng nắp chai là hệ thống sử dụng các thiết bị, linh kiện điện tử khínén , các động cơ … để tạo nên một dây truyền phục vụ mục đích sử dụng là đưa chấtlỏng ( dung dịch) và trong cách chai lo, bình chưa sau đó đóng nắp chúng lại để tiện lợicho việc vận chuyển bảo quản và sử dụng

1.3.2.2 Phân loại các dạng chiết và đóng nắp chai

 Phân loại các dạng chiết chai :

- Máy chiết rót theo một số nguyên lý như: đẳng áp, thể tích, lưu lượng, khối lượng,nhịp xung

- Vòi rót: đơn vòi, đa vòi

- Hệ thống chuyền động : dạng thẳng hay tròn

- …

 Phân loại đối tượng và các dạng đóng nắp :

- Đóng nắp chai loại thủy tinh , nhựa,

- Đóng nắp chia kiểu ép, bấm nắp, xiết nặp dạng ren

Hình 1.4 Máy chiết dịch và ghép nút cao su MODEL KFG

Hình 1.5 Dây chuyền xúc rửa, chiết rót, đóng nắp chai

1.3.3 Mục đích của đề tài

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật,việc ứng dụng những nghiên cứu lý thuyết để

áp dụng trong thực tế là một điều hết sức quan trọng để kiểm nghiệm một cách chính xácnhất tính đúng đắn và hiệu quả của những nghiên cứu đó.Ý tưởng về một dây chuyền sảnxuất đóng nắp chai sản phẩm trong các nhà máy sản xuất nước uống đóng chai cũng rađời từ đó và dựa trên những nền tảng có từ trước cùng với sự nghiên cứu phát triển thêmcủa nhóm,nhóm đã mạnh dạn thiết kế mô hình dây chuyền chiết rót đóng nắp chai sảnphẩm

Đề tài được thực hiện trong phạm vi tương đối hẹp,chưa thể ứng dụng được trong thực

tế nếu không có sự nghiên cứu và đầu tư thêm nhưng qua đó nhóm cũng đã thực hiệnđược mục tiêu mà mình đã hướng đến đó là ứng dụng những điều đã được học và nghiêncứu để giải quyết một vấn đề trong thực tiễn cuộc sống.Mặt khác,trong một phạm vi nhấtđịnh thì tập đồ án này có thể coi như một tài liệu tham khảo,học tập cho những sinh viêntrong nghành kỹ thuật

CHƯƠNG 2 :

ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH SẢN PHẨM

2.1 Đặt vấn đề:

2.1.1 Xây dựng mô hình bài toán:

Qua tìm hiểu thực tế một số dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai trong sản xuất, tuy

có rất nhiều chủng loại về kết cấu để phù hợp với từng yêu cầu và đặc điểm của các đốitượng khác nhau, nhưng về nguyên lý thì có những điểm chung sau:

- Máy chiết rót theo một số nguyên lý như: đẳng áp, thể tích, lưu lượng, khối lượng,nhịp xung

- Vòi rót: đơn vòi, đa vòi

* Đặc điểm cấu trúc

Mô hình được chia làm 4 bộ phận chính:

- Bộ phận cấp chai: Chai thủy tinh 50ml sẽ qua băng tải sau đó đến mâm sao, tại đâychai sẽ được dừng chính xác tại các vị trí cho việc chiết rót và đóng nắp

+ Vì chai có dung tích nhỏ, khối lượng không đáng kể nên có thể sử dụng băngtải cao su với độ trùng cho phép

+ Sử dụng mâm sao là hợp lý vì kích thước chai nhỏ, nên việc thiết kế mâm saokhông tốn nhiều diện tích, cùng với việc sử dụng Cover tròn phía ngoài tận dụnglàm bộ phận để giữ chai vào đúng vị trí rót và đóng nút một cách chính xác.

- Bộ phận chiết rót: Rót đơn vòi, sử dụng nguyên lý rót trọng lực, lợi dụng thế năngcủa chất lỏng từ trên cao.Một chai chứa chất lỏng hình hộp có các thông số cạnh vàchiều cao lần lượt là: 10cm, 6cm và 10cm Dung tích của nó sẽ là 600ml, vậy nó cóthể chiết tối đa 12 chai 50ml trong một chu kỳ vận hành Bộ phận này cần một cảmbiến để nhận biết có chai vào chiết rót

- Bộ phận cấp phôi nắp:Sử dụng một băng tải nhỏ làm việc kết hợp với một xi-lanhkhí nén để đưa nắp đến vị trí đóng nắp

- Bộ phận đóng nắp:Sử dụng một xi lanh ghá theo chiều thẳng đứng, khi xi lanh tácđộng, đến cuối hành trình thì cũng là lúc đóng xong nắp chai Bộ phận này cần mộtcảm biến để nhận biết có chai đưa vào đóng nắp

* Đặc điểm bộ điều khiển

Sử dụng bộ điều khiển PLC S7- 200 loại CPU 224 AC/DC/RLY của Siemen Kết nốiđiều khiển giám sát bằng PC với sự trợ giúp của phần mềm V4.0 STEP 7 MicroWIN

* Đặc điểm của các thiết bị chấp hành khác

- Sử dụng các thiết bị khí nén như Xi- lanh, các valve phân phối, valve cấp ( FeedValve), nguồn khí nén cho bộ phân chiết rót và đóng nút

- Sử dụng các động cơ điện một chiều có hãm và giảm tốc để dẫn động cho băng tải cấpchai và mâm sao

- Các cảm biến quang để nhận biết chai và các khí cụ điện khác như các relay trunggian, nút ấn, công tắc chuyển mạch

2.1.2 Giới thiệu về các thuật toán điều khiển

Điều khiển On/Off

Điều khiển on/ off là một trong những luật điều khiển cơ bản trong hệ thống Nếutrong hệ thống điều khiển và giám sát hệ thống chiết và đóng nắp chai sử dụng luật điềukhiển on/off có nghĩa là bài toán chỉ sử dụng dạng tín hiệu 0 và 1 tức là đóng hoặc ngắt

Điều khiển PID

Bộ điều khiển PID là một bộ điều khiển vòng kín được sử dụng rộng rãi trong côngnghiệp Sử dụng bộ điều khiển PID để điều chỉnh sai lệch giữa giá trị đo được của hệthống (process variable) với giá trị đặt (setpoint) bằng cách tính toán và điều chỉnh giá trịđiều khiển ở ngõ ra Một bộ điều khiển PID gồm 3 thành phần: P (proportional) – tạo tínhiệu điều khiển tỉ lệ với sai lệch (error – e), I (integral) – tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ vớitích phân theo thời gian của sai lệch, và D (derivative) – tạo tín hiệu điều khiển tỉ lệ với viphân theo thời gian của sai lệch Không giống các thuật toán điều khiển đơn giản khác, bộđiều khiển PID có khả năng xuất tín hiệu ngõ ra dựa trên giá trị trước đó của sai số cũngnhư tốc độ thay đổi sai số Điều này giúp cho quá trình điều khiển chính xác và ổn địnhhơn

- Ưu điểm : Bộ PID là khâu hiệu chỉnh dễ thiết kế và đa dụng

Sai lệch e(t) càng lớn,tín hiệu điều chỉnh u(t) càng lớn nhờ vai trò khuếch đại KP

Sai lệch e(t) chưa bằng 0,bộ điều khiển PID vẫn còn tạo tín hiệu điều chỉnh nhờ thànhphần tích phân KI.

Sự thay đổi sai lệch càng lớn,phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh nhờ thành phầnKD

- Nhược điểm :

+ Giá thành đắt không phù hợp với hệ thống mô hình nhỏ

+ Yêu cầu trình độ của người thiết kế, vận hành và sửa chữa cao

Kết luận : Trong thực tế với những hệ thống lớn người ta phải dùng hoặc bắt buộc dùng các luật điều khiển PID để điều khiển một cách chính xác và linh hoạt hệ thống Tuy vậy đối với mô hình chiết và đóng nút chai phục vụ thí nghiện này chúng em sẻ dụng luật điều khiển on/ off vì tính đơn giản,rẻ tiền và phù hợp với đối tượng học tập

là sinh viên

2.2 Thiết kế khung cơ khí trên hệ thống trên Inventor.

2.2.1 Giới thiệu phần mềm Autodesk Inventor.

Với phần mềm Autodesk Inventor bạn có thể:Tạo các bản vẽ phác thảo (sketch) 2D

và 3D, vật thể 3D và các bản vẽ sản xuất 2D Tạo các chi tiết máy (part), những đặc trưngphù hợp và các lắp ráp thứ cấp, tạo các snapshot động học của lắp rắp trong nhiều vị tríkhác nhau

Thay đổi hay điều chỉnh các góc nhìn cùa mô hình lắp ráp bằng cách dùng các yếu

tố điều khiển hiển thị

Quản lý hàng ngàn chi tiết và các mô hình lắp ráp lớn, phức tạp

Dùng các ứng dụng Third-party, với giao diện chương trình ứng dụng (ApplicationProgram Interface-API)

Dùng VBA để tiếp cận Autodesk Inventor API.Tạo chương trình để tự động cácchức năng sao chép.Trên thanh Menu, chọn Programmer Help.

Inventor có thể nhập (Import) các file STEP, SAT, AutoCAD®, Autodesk®Mechanical Desktop®(DWG) để dùng trong Autodesk Inventor Xuất (Export) các fileAutodesk Inventor cho AutoCAD, Mechanical Desktop và các file dạng IGES và STEP

Cộng tác với nhiều người trong quá trình thiết kế

Kết nối các công cụ web để tiếp cận các nguồn công nghiệp, các dữ liệu chia sẻ,giao tiếp với các đồng nghiệp khác

Dùng hệ thống hỗ trợ thiết kế được tích hợp giúp cho công việc của bạn

Hình 2.1: Giao diện chính

Để bắt đầu với một bản thiết kế bạn có thể mở một bản vẽ mới bằng cách nhấn tổhợp phím Ctrl+N hay vào thanh công cụ File\New hoặc từ thanh công cụ chọn biểu tượng Khi đó menu New File sẽ hiện ra như hình 2, cho phép bạn có thể lựa chọn:

Hình 2.2: Tab New File cho phép bạn có thể lựa chọn các tool thiết kế .

Hoặc chúng ta có thể mở trực tiếp các tool thiết kế bằng cách click vào mũi tên bêncạnh New sẽ xuất hiện hộp thoại:

Hình 2.3: Thanh lệnh tool.

- Part: là công cụ để thiết kế các bản vẽ chi tiết dạng 3D, các file này có phần mở

rộng Sheet Metal.ipt, Standard.ipt

- Assembly: Sau khi đã có các bản vẽ chi tiết bạn sử dụng công cụ Assembly để lắp

ráp các chi tiết thành cụm chi tiết, thành một cơ cấu hay máy hoàn chỉnh các file này cóphần mở rộng Standard.iam, Weldment.iam

- Drawing: Khi đã có bản vẽ chi tiết hoặc bản vẽ lắp thì ta sử dụng công cụ

Drawing để biểu diễn các hình chiếu, mặt cắt từ các bản vẽ chi tiết hay bản vẽ lắp đã có ởtrên các file này có phần mở rộng Standard.iwg

-Presentation: Công cụ này cho phép chúng ta mô phỏng quá trinh lắp ráp và tháo

dỡ sản phẩm, thiết kế các file nay có phần mở rộng Standard.ipn

Hình 2.5: Mở 1 File có sẵn.

Sau đó ta chọn đường dẫn đến file mà mình muốn mở rồi chọn Open Bên dưới

Inventor 2011 còn cho phép mở theo tên File name File of type (Các loại file được hỗ

trợ) bao gồm: *.iam,*.idw,*.dwg,*.ipt,*.ipn….Nếu như bạn không thể nhớ rõ file mình

muốn mở ở đâu Inventor có thệm công cụ Find tìm kiếm cho bạn.

 Lưu file

Chọn biểu tượng I Pro trên góc trái màn hình sẽ xuất hiện menu với các lựa chọn:New, Open, Save, Save As, Export, Manage… Từ đây bạn có thể lựa chọn kiểu loại lưufile mà bạn muốn Save hoặc Save As như hình dưới:

- Nếu bạn chọn Save thì có thệm 2 lựa chọn: Save (Lưu chi tiết bạn chọn lưu) vàSave All (Lưu tất cả các chi tiết)

- Nếu bạn chọn Save As thì có thệm các lựa chọn: Save As, Save Copy As, SaveCopy As Template…

Hình 2.6: Menu lưu File.

- Trên thanh công cụ ta chọn biểu tượng hoạc vào File → Save (Save as) khi

đó xuất hiện bảng:

Hình 2.7: Lưu dẫn File .

Khi đó ta chọn nơi lưu file và chọn Save

- Các lệnh Layout (Giao diện), lệnh Insert (Lệnh chèn), lệnh Format (Lệnh xóa)…

- Tạo đối tượng 3D từ đối tượng 2D.

Sau khi hoàn thiện xong bản vẽ 2D chúng ta sẽ tạo ra bản vẽ 3D bằng cách nhấn

để kết thúc môi trường vẽ 2D sang môi trường 3D

Hình 2.13: Lệnh Create.

Lệnh Create bao gồm:

- Lệnh Extrude: Tạo ra hình khối hộp theo biên dạng 2D từ Sketch trước đó:

Hình 2.14: Hộp thoại Extrude.

Bắt đầu lệnh Extrude xuất hiện hộp thoại như Hình 2.14, biểu tượng

cho phép cho ta chọn các đối tượng 2D, trên hộp thoại extents gồm các lựa chọn tạo rabiên dạng theo khoảng cách, đến 1 mặt phẳng cho trước nào đó, hoặc giữa 2 mặt phẳng

- : Cho phép ta Extrude toàn phần.

- : Cho phép ta Extrude 2 đối tượng nhưng kết quả bỏ đi 1 đối tượng.