Đồ án chiết rót đóng nắp chai sử dụng PLC S71200 và Wincc Advance

Nội dung đồ án chiết rót đóng nắp chai lập trình trên PLC S71200 và Scada điều khiển giám sát trên Tia portal Advance, đồ án được trình bày chi tiết cụ thể và được hướng dẫn đầy đủ qua các nội dung được trình bày trong file word này

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

KHOA ĐIỆN - CƠ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

KHOA ĐIỆN - CƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên:

Khóa Khoa .Ngành

1 Đầu đề thiết kế:

2 Các số liệu ban đầu:

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

5 Họ tên cán bộ hướng dẫn:

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

7 Ngày hoàn thành đồ án:

Trưởng bộ môn ( Ký, ghi rõ họ, tên) Ngày …… tháng …… năm ……

Cán bộ hướng dẫn

( Ký, ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày … tháng … năm 2021

Người duyệt

( Ký, ghi rõ họ, tên)

Sinh viên

( Ký, ghi rõ họ, tên)

PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

1 Tinh thần, thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp.

………

………

………

2 Đánh giá chất lượng của Đ.T.T.N (so với nội dung yêu cầu đã đề ra trong nhiệm vụ Đ.T.T.N trên các mặt lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sử dụng, chất lượng các bản vẽ )

………

………

………

………

………

………

………

………

3 Cho điểm của cán bộ hướng dẫn:

(Điểm ghi bằng số và chữ)

Ngày … tháng … năm 2021 Cán bộ hướng dẫn chính

(Họ tên và chữ kí)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

KHOA ĐIỆN_CƠ

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hải Phòng, ngày tháng năm ……

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho ủy viên phản biện) Tên đề tài:

Chuyên ngành: Khóa:

Họ và tên sinh viên: Lớp:

Mã sinh viên

Người phản biện:

Đơn vị:

NỘI DUNG NHẬN XÉT 1 Tính cần thiết, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ………

………

………

2 Các thông tin về đề tài 2.1 Sự phù hợp của nội dung đề tài với tên đề tài và chuyên ngành đào tạo ………

………

………

2.2 Bố cục đề tài ………

………

………

………

………

2.3 Tính trung thực trong trích dẫn tài liệu tham khảo và số liệu ………

………

………

3 Phương pháp đã sử dụng để nghiên cứu và kết quả cơ bản của đề tài ………

………

4 Ưu điểm, nhược điểm về nội dung và hình thức 4.1 Ưu điểm: ………

………

………Nhược điểm: ………

………

………

5 Kết luận chung: Họ tên và chữ ký của người phản biện Nguyễn Văn A Câu hỏi thảo luận dành cho sinh viên trả lời (nếu có) 1

………

………

………

2 .

………

………

………

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu xây dựng mô hình

chiết rót và đóng nắp chai sử dụng PLC S7-1200 ” do em tự thiết kế dưới sự

hướng dẫn của thầy Ths Đoàn Đức Trọng Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2021

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Quý

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v

LỜI NÓI ĐẦU 1

Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ ƯỚC LƯỢNG NHIỄU MẶT ĐƯỜNG 3

3.1 Mở đầu 3

3.2 Xây dựng mô hình hệ thống lái và trợ lái 3

3.2.1 Quan hệ giữa vô lăng và trục lái 3

3.2.2 Thành phần mô men dọc trục lái 4

3.2.3 Động cơ trợ lái 4

KẾT LUẬN 7

TÀI LIỆU THAM KHẢO 8

PHỤ LỤC 9

Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 3.1 Mô hình động học hệ thống trợ lái [5] 4 Hình 3.13 Góc lái đặt từ vô lăng 5

Danh mục bảng số liệu

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 3.1 Tần số nhiễu 6 Bảng P.1 Tham số động cơ 9

Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

STT Viết tắt Dạng đầy đủ Tiếng Anh Thuật ngữ Tiếng Việt

1 EHPAS Electro - Hydraulic Trợ lái điện - thủy lực

2 EPAS Electric Power Assisted SteeringTrợ lái điện

5 BLCDM Brushless Direct Current Motor Động cơ một chiều không chổi

than

8 IPM Interior Permanent Magnet Động cơ đồng bộ cực chìm

9 SRM Switched Reluctance Motor Động cơ từ trở

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, cuộc sống của conngười đã có những thay đổi ngày càng tốt hơn, với những trang thiết bị hiện đại phục vụcông cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Đặc biệt góp phần vào sự phát triển

đó thì ngành công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa đã góp phần không nhỏ trong

sự nghiệp xây dựng và phát triển đất nước

Những thành tựu của nó đã có thể biến được những cái tưởng chừng như không thể thànhnhững cái có thể, góp phần nâng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người Cácdây chuyền công nghệ sản xuất hiện đại hiện nay thì gần như là hoàn toàn tự động hoặcbán tự động Trong đó có ngành sản xuất nước rửa chén, với đặc thù được sản xuất trêndây chuyền khép kín, đảm bảo vệ sinh Với các công nghệ cân đo định lượng chính xác,khâu đóng gói, chiết rót chai, thùng thành phẩm đảm bảo khử trùng Cũng chính vì lý donày các hệ thống máy chiết rót, đóng chai tự động được sử dụng rất rộng rãi với nhiềuchủng loại khác nhau.Ngày nay, trong các nhà máy xí nghiệp không thiếu những dâychuyền sản xuất nhằm nâng cao năng suất đáp ứng như cầu nhà sản xuất và người tiêudùng

Là một kĩ sư, công việc sau này có thể làm việc trong những nhà máy hoặc tự mình chếtạo sản xuất cung ứng các dây chuyền sản xuất cung ứng các dây chuyền sản xuất đó chonhà sản xuất trong nước giảm nguồn nhập khẩu để ngày càng tự chủ hơn về mặt côngnghệ Do đó việc tìm hiểu các dây chuyền sản xuất trong thực tế là hết sức cần thiết.Bượcđầu tiếp cận, chúng em hướng vào dây chuyền chiết rót tự động, để hiểu hơn về nguyên

lý, cách hoạt động cũng như điều khiển, làm tiền đề cho các nghiên cứu về sau có chiềusâu và rộng hơn

Hải Phòng, ngày … tháng … năm 2021

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Minh Quý

Chương 1: Tổng quan về công nghệ chiết rót hiện nay

Hiện nay công nghệ 4.0 ở nước ta khá phát triển, trong đó công nghệ chế tạo, điềukhiển và giám sát máy chiết rót cũng rất phát triển Nhưng nhìn chung cũng chỉ chế tạo đượccác máy chiết rót đơn giản và công suất nhỏ Chủ yếu là các dây chuyền chiết rót nước suối,nước ngọt không gas hay chiết rót nhớt …

Điển hình hiện nay ở nước ta có một số công ty chuyên thiết kế chế tạo máy chiết rótkhá thành công như:

- Công ty TNHH Đại Chính Quang

Hình 1.4 Máy chiết rót công ty TNHH Đại Chính Quang

Hình 1.5 Máy chiết rót đóng nắp chai tự động 6 đầu của công ty TNHH Đại Chính Quang

Chương 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ

2.1 Yêu cầu hệ thống

- Yêu cầu về phần cơ khí: Phần cơ khí của mô hình phải được thiết kế chắn chắc, ổnđịnh, chính xác, hạn chế xảy ra lỗi trong quá trình vận hành Mô hình chiết rót và đóng nắpchai gồm 5 khâu chính:

+ Khâu cấp nắp chai: Nắp chai được đặt trong 1 hộp hình chữ nhật làm bằng mica

Ở miệng ống có thanh kim loại giữ nắp, khi miệng chai đi lướt qua thanh kim loại thì nắprơi vào miệng chai

+ Khâu cấp nước: Sử dụng 1 bình chứa nước, 1 máy bơm 12V DC để bơm nướccho mô hình

+ Khâu chiết rót: Gồm 1 xylanh kép được gắn với vòi nước để cố định vị trí, 1 cảmbiến khoảng cách, 1 van điện từ khí nén để đảm bảo rót nước đúng thời gian cài đặt trên hệthống giám sát.

+ Khâu đóng nắp: Gồm cảm biến tiệm cận, 1 van điện từ khí nén 1 xylanh di chuyểntheo phương thẳng đứng được gắn với một động cơ DC để đóng nắp chai

+ Khâu cấp chai: gồm 1 băng tải, 1 cơ cấu mâm xoay được gắn với 1 động cơ DCthông qua trục vít me để đưa chai đến các khâu chiết rót và đóng nắp

- Phần điện của mô hình: Nguồn điện của mô hình gồm 2 loại nguồn chính là nguồnđiện xoay chiều 220V, cấp nguồn cho van điện từ, nguồn điện một chiều 24V cung cấp choPLC chính, các cảm biến, các đèn báo, các van khí nén, động cơ DC Phần thiết kế điện phảithật hợp lý, an toàn, việc kết nối diễn ra một cách chính xác Phần tủ điện của mô hình phảiđược thiết kế sao cho gọn gàng, ngăn nắp, dễ vận hành, bảo trì, sửa chữa một cách dễ dàng

- Phần giao diện SCADA: gồm có màn hình chính đăng nhập, và 1 màn hình vậnhành gồm các nút nhấn điều khiển, cài đặt thông số cho các khâu, Scada phải được thiết kếđẹp mắt, trực quan, hiện thị đầy đủ thông tin

2.2 Cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình

b Ưu điểm của hệ thống sử dụng PLC:

- Thích ứng với nhiều nhiệm vụ điều khiển khác nhau

- Khả năng thay đổi chương trình một cách linh hoạt

- Tiết kiệm không gian lắp đặt

- Dễ dàng kiểm tra chỉnh sửa lỗi

- Khả năng truyền thông mạnh để điều khiển giám sát từ xa

- Không cần các tiếp điểm…

Hình 2.1 So sánh ưu điểm hệ PLC so với kết nối cứng dùng relay và timer

c Ứng dụng:

PLC ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau như:

- Điều khiển thang máy

- Điều khiển các quy trình sản xuất: Bia, xi măng, giấy, sữa, …

- Các dây chuyền đóng gói bao bì, đóng thùng

- Thiết bị sấy, khai thác

- Hệ thống giữ xe, rửa xe tự động

Hình 2.2 Một số ứng dụng của PLC trong công nghiệp

B.Tổng quan về PLC S7-1200

a.Khái niệm chung về PLC S7-1200

Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm 1200 dùng để thay thế dần cho

S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:

- S7-1200 là một dòng của bộ điều khiển logic lập trình (PLC) có thể kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa Thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh làm cho chúng ta có những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200 S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO).

- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:

+ Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC.

+ Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình.

- S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.

- Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ

ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens.

- Vậy để làm một dự án với S7-1200 chỉ cần cài TIA Portal vì phần mềm này

đã bao gồm cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.

Hình 2.3 Tổng quan về PLC S7-1200

Chú thích:

1: Bộ phận kết nối nguồn

2: Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)

2: Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên

3: Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

4: Bộ phận kết nối PROFINET (phía trên của CPU)

b.Các module trong hệ S7-1200

Các module CPU PLC S7-1200: Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Bảng 1 1.Thông số kỹ thuật các module CPU PLC S7 1200

SIMATIC S7 - 1200 Product Description

CPU

CPU

1211C

1211 CAC/DC/Rly

Compact CPU 1211C, 25kb integralPROGRAM/DATA MEMORY, 1MB loadingmemory execution times for boolean operation :0.1µs; intergral I/Os : 6 digital input; 4 digital output,

2 analog inputs; expandable with up to 3communication modules and 1 signal board; digitalinputs as HSC with 100kHz, 24DC digtial outputscan be used as PTO or PWM with 100kHz

1211 CDC/DC/DC

1211 CDC/DC/RlyCPU

1212C

1212 CAC/DC/Rly

Compact CPU 1212c, 25kb integralPrROGRAM/DATA MEMORY, 1MB loadingmemory; execution times for booleam operations :0.1µs; intergral I/Os : 8 digital input; 6 digital output,

2 analog inputs; expandable with up to 3communication modules, 2 signal modules and 1signal board; digital inputs can be used as HSC with100kHz, 24DC digtial outputs as PTO or PWM with100kHz

1212 CAC/DC/Rly

1212 CDC/DC/DC

1214C

1214 CAC/DC/Rly

Compact CPU 1214c, 50kb integralPROGRAM/DATA MEMORY, 2MB loadingmemory; execution times for booleam operations :0.1µs; intergral I/Os : 14 digital input; 10 digitaloutput, 2 analog inputs; expandable with up to 3communication modules, 8 signal modules and 1signal board; digital inputs can be used as HSC with100kHz, 24DC digtial outputs as PTO or PWM with100kHz

1214 CDC/DC/DC

1214 CDC/DC/Rly

CPU

1215C

1215 CDC/DC/DC

SIMATIC S7-1200, CPU 1215C, compact CPU, AC/DC/RELAY, 2 profitnet port,I/O: 14 DI 24V DC; 10

DO RELAY 2A, 2 AI 0-10V DC, 2 AO 0-20MA

DC, Power suppy: AC 85 – 264 V AC AT 47 – 63

HZ, Program/Data Memory: 100 KB

1215 CAC/DC/Rly

1215 CDC/DC/Rly

Các module mở rộng: Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Người dùng còn có thể lắp đặt thêm các ruyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác.

8 x DC In / 8 x

DC Out

8 x DC In / 8 xRelay

16 x DC In 16 x DC Out

16x Relay

16 x DC In / 16

x Dc Out

4 x AnalogIn

-Module truyền thông (CM)

SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

Bảng 1 3.Bảng tín hiệu sử dụng cho PLC S7-1200 [1]

Signal Boards SB 1223 DC/

DC

2 x 24VDCinputs

2 x 24VDCoutputs

2 inputs, DC 24v, IEC type

1, current sinking; 2transistor output DC 24V,0.5A, 5W; can be used asadditional HSC with up to30kHz

SB 1232 AQ 1 analog outputs

1 analog output, ± 10v with

12 bits or 0 to 20 mA with 11bits

Hình 2.4 Bảng tín hiệu SB

Trong đó:

1:Các led trạng thái trên SB

2:Bộ phận kết nối dây của người dùng có thể tháo ra

AC 5 to 250V, 2A, 30W DC / 200WAC

SM 1223

8 x 24 VDC inputs

8 x 24VDCoutputs

8 inputs, DC 24V, IEC type 1, currentsinking; 8 transistor outputs DC 24V0.5A, 5W

SM 1221 8 X 24VDC inputs 8 inputs DC 24V IEC type 1, current

16x relay output

16 inputs, DC 24V, IEC type 1, currentsinking; 16 relay outputs DC 5 to 30V /

AC 5 to 250V, 2A, 30W DC / 200WAC

SM 1223

16 x 24VDCinputs

16 x 24VDCoutputs

16 inputs, DC 24V, IEC type 1, currentsinking; 16 transistor outputs DC 24V0.5A, 5W

0 to 20 mA, 12 bits + sign;

2 analog output, ± 10V, 14 bits or 0 to

20 mA, 13 bits

SM 1231 4 x analog inputs 4 analog inputs ± 10V, ±5V, ±2,5V or

0 to 20 mA 12 bits + sign

SM 1232 2 x analog outputs 2 analog output, ±10V, 14 bits or 0 to

3:Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra

Các module truyền thông:

Họ S7-1200 cung cấp cácmodule truyền thông (CM) dành cho các tính năng

bổ sung vào hệ thống Có 2 moduletruyền thông: RS232 và RS485.

CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông

Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác).

Bảng 1 5 Bảng các module truyền thông sử dụng cho S7-1200

Communication

RS 485 point-to-point communicationmodule

CM 1241 RS 232 RS 232 point-to-point communication

module

Hình 2.6 Module truyền thông

Trong đó:

1:Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

2:Bộ phận kết nối truyền thông

Lưu trữ dữ liệu, các vùng nhớ và việc ghi địa chỉ PLC S7-1200

CPU cung cấp một số các tùy chọn dành cho việc lưu trữ dữ liệu trong suốt sự thực thi chương trình người dùng:

Global memory (bộ nhớ toàn cục): CPU cung cấp nhiều vùng nhớ chuyên môn hóa, bao gồm các ngõ vào (I), các ngõ ra (Q) và bộ nhớ (M) Bộ nhớ này là có thể truy xuất bởi tất cả các khối mã mà không có sự hạn chế nào.

Data block (DB – khối dữ liệu): ta có thể bao gồm các DB trong chương trình người dùng để lưu trữ dữ liệu cho các khối mã Dữ liệu được lưu trữ vẫn duy trì khi

sự thực thi của một khối mã có liên quan dần kết thúc.

Temp memory (bộ nhớ tạm thời): khi một khối mã được gọi, hệ điều hành của CPU phân bổ bộ nhớ tạm thời hay cục bộ (L) để sử dụng trong suốt sự thực thi của

khối Khi sự thực thi của khối hoàn thành, CPU sẽ phân bổ lại bộ nhớ cục bộ dành cho việc thực thi các khối mã khác.

Mỗi vị trí bộ nhớ khác nhau có một địa chỉ đơn nhất Chương trình người dùng

sử dụng các địa chỉ này để truy xuất thông tin trong vị trí bộ nhớ.

Việc đọc ngay lậptức của các điểmngõ vào rên CPU,

Việc ghi ngay lậptức đến các điểmngõ ra vật lý trênCPU, SB và SM

M

Bộ nhớ bit

Bộ nhớ dữ liệu vàđiều khiển

BD

Khối dữ liệu

Bộ nhớ dữ liệu vàcòn là bộ nhớ thông

số dành cho các FB

Mỗi vùng nhớ khác nhau có một địa chỉ đơn nhất Chương trình người dùng sử dụng các địa chỉ này để truy xuất thông tin trong vị trí bộ nhớ Hình dưới đây thể hiện cách thức truy xuất một (còn được gọi là ghi địa chỉ “byte.bit”) Trong ví dụ này, vùng bộ nhớ và địa chỉ (I = ngõ vào và 3 = 3) được theo sau bởi một dấu chấm (“.”) để ngăn cách địa chỉ bit( bit4).

Hình 2.7 Cách thức truy xuất 1 bit trong PLC S7-1200

F Các bit của byteđược chọn

Ta có thể truy xuất dữ liệu trong hầu hết các vùng bộ nhớ (I, Q, M, DB và L) gồm các kiểu Byte, Word, hay Double Word bằng cách sử dụng định dạng “byte address” Để truy xuất một dữ liệu Byte, Word, hay Double Word trong bộ nhớ, ta phải xác định địa chỉ theo cách giống như xác định địa chỉ cho một bit Điều này bao gồm một bộ định danh vùng, ký hiệu kích thước dữ liệu, và địa chỉ byte bắt đầu của giá trị Byte, Word, hay Double Word Các ký hiệu kích thước là B (Byte), W (Word)

và D (Double Word), ví dụ IB0, MW20 hay QD8 Các tham chiếu như là I0.3 và

Q1.7 sẽ truy xuất ảnh tiến trình Để truy xuất ngõ vào hay ngõ ra vật lý, ta cộng thêm tham chiếu với ký tự “: P” (như là I0.3:P, Q1.7:P hay “Stop:P”).

c Giới thiệu về phần lập trình cho S7-1200

Để thực hiện viết code cho PLC S7 – 1200 ta cần có phần mềm chuyên dụng là TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal).

Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ Được thiết kế với giao diện thân thiện người sử dụng, TIA Portal thích hợp cho cả những người mới lẫn những người nhiều kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa Là phần mềm cơ sở cho các phần mềm dùng để lập trình, cấu hình, tích hợp các thiết bị trong dải sản phẩm Tích hợp tự động hóa toàn diện (TIA) của Siemens Ví dụ như phầm mềm mới Simatic Step 7 để lập trình các bộ điều khiển Simatic, Simatic WinCC để cấu hình các màn hình HMI và chạy Scada trên máy tính.

Để thiết kế TIA portal, Siemens đã nghiên cứu rất nhiều các phần mềm ứng dụng điển hình trong tự động hóa qua nhiều năm, nhằm mục đích hiểu rõ nhu cầu của khách hàng trên toàn thế giới Là phần mềm cơ sở để tích hợp các phần mềm lập trình của Siemens lại với nhau, TIA Portal giúp cho các phần mềm này chia sẻ cùng một

cơ sở dữ liệu, tạo nên sự thống nhất trong giao diện và tính toàn vẹn cho ứng dụng.

Ví dụ, tất cả các thiết bị và mạng truyền thông bây giờ đã có thể được cấu hình trên cùng một cửa sổ Hướng ứng dụng, các khái niệm về thư viện, quản lý dữ liệu, lưu trữ

dự án, chẩn đoán lỗi, các tính năng online là những đặc điểm rất có ích cho người sử dụng khi sử dụng chung cơ sở dữ liệu TIA Portal Tất cả các bộ đều khiển PLC, màn hình HMI, các bộ truyền động của Siemens đều được lập trình, cấu hình trên TIA portal Việc này giúp giảm thời gian, công sức trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị này.

Ở đây nhóm sử dụng TIA Portal V15 để thực hiện lập trình và thiết kế giao diện giám sát cho PLC S7 – 1200.

Hình 2.8 Biểu tượng TIA Portal V15 trên màn hình Desktop

2.2.2 Băng tải

a Khái niệm

Băng tải là thiết bị chuyên dụng được dùng trong công nghiệp được cấu tạo từ hệthống máy hoặc cơ có khả năng di chuyển một vật nặng hay một khối lượng lớn nguyên vậtliệu từ điểm này tới điểm khác cách đó một khoảng cách vật lý nhất định

Hình 2.9 Hình ảnh một số loại băng tải

Trong sản xuất, băng tải có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nhất là trong công nghiệp.Các ngành công nghiệp nặng và công nghiệp nhẹ, nhờ sự xuất hiện của băng tải con lăn đãgiảm tải được rất nhiều khâu trong quá trình sản xuất nhất là đối với các nhà máy xí nghiệp

có lượng nguyên liệu cần vận chuyển nhiều và thường xuyên Trong xây dựng, thiết bị nàychủ yếu được dùng để chuyên chở vật liệu xây dựng từ trên xuống dưới hay từ dưới lên trên

ở một độ cao nhất định, đặc biệt trên mọi địa hình Băng tải công nghiệp giúp giảm tải sứclao động tối đa giúp các chủ thầu tiết kiệm được tiền thuê nhân công

Trong ngành công nghiệp nhẹ như công nghiệp chế biến, sản xuất máy móc điện tử,may mặc, da giày… băng tải có vị trí đặc biệt quan trọng giống như một mắt xích không thểtháo rời trong hệ thống Nhờ có hệ thống này, năng suất lao động của công nhân được nhânlên đáng kể và cùng nhờ đó tỉ lệ sản phẩm làm ra cũng được tăng lên mang lại lợi nhuận lớn

cho các chủ doanh nghiệp Có thể nói băng tải công nghiệp là một trong những phát minhquan trọng nhất của con người với khả năng và tác dụng to lớn băng tải đã và đang từngngày từng giờ trở thành một thiết bị không thể nào thiếu trong sản xuất và đời sống hàngngày.

Với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật thì hệ thống băng tải được sử dụnghầu hết trong các dây chuyền sản xuất, các công trình thi công lớn và nhỏ Được ứng dụngtrong tất cả các ngành nghề từ công nghiệp như ô tô, điện tử, chế tạo,… cho đến sản xuấthóa chất, thực phẩm, dược phẩm, bao bì, in ấn,… Hệ thống băng tải – băng chuyền có thểđược lắp đặt bất cứ nơi nào, mọi địa hình, không những mang lại hiệu quả kinh tế cao nócòn giảm thiếu tai nạn trong lao động bảo đảm tính an toàn lao động cao

Hình 2.10 Ứng dụng của băng tải trong phân loại hàng b.Cấu tạo băng tải

- Băng tải gồm các cơ cấu như sau:

 Khung băng tải

 Rulo chủ động

 Rulo bị động

 Cơ cấu dẫn hướng

 Con lăn đỡ dây

 Cơ cấu tăng đơ

 Dây băng tải

 Động cơ giảm tốc…

Hình 2.11 Các thành phần cơ bản của băng tải

c Nguyên lý hoạt động

Khi rulô chủ động quay làm cho dây băng tải chuyển động nhờ lực ma sát giữa rulô

và dây băng băng tải Để tạo ra lực ma sát giữa rulô và dây băng tải khi dây băng tải gầu bịtrùng thì ta điều chỉnh rulô bị động để dây băng tải căng ra tạo lực ma sát giữa dây băng tải

và rulô chủ động lực ma sát giữa dây băng tải và Rulô sẽ làm cho băng tải chuyển động tịnhtiến Khi các vật liệu rơi xuống trên bề mặt dây băng tải, nó sẽ được di chuyển nhờ vàochuyển động của băng tải Để tránh băng tải bị võng, người ta dùng các Con lăn đặt ở phíadưới bề mặt băng tải, điều này cũng làm giảm đi lực ma sát trên đường đi của băng tải Băngtải cao su được bao bọc bởi chất liệu cao su chất lượng cao, bên trong làm bằng chất liệuPolyester, một loại sợi tổng hợp và sợi Poliamit, có đặc tính rất bền, chịu được nước, chịuđược thời tiết ẩm, Dây băng tải đòi hỏi phải bền, chắc, chịu mài mòn và ma sát cao Một yếu

tố rất quan trọng là hệ số giãn dây băng tải phải rất thấp, vận chuyển được nhiều, có thểchuyển được vật liệu ở khoảng cách vừa và xa với tốc độ cao

d.Các loại băng tải được sử dụng trong sản xuất và đặc điểm

Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn

Băng tải xích: Khá tốt trong ứng dụng tải dạng chai, sản phẩm cần độ vững chắc

Băng tải con lăn: Gồm băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựa PVC, băng tảicon lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng motor

Băng tải đứng: Vận chuyển hàng hóa theo phương hướng lên thẳng đứng

Băng tải PVC : Tải nhẹ và thông dụng với kinh tế

Băng tải linh hoạt: Di chuyển được

Băng tải góc cong: Chuyển hướng sản phẩm 30 đến 180 độ

Mỗi loại băng tải có mỗi hình dạng, chức năng và ứng dụng khác nhau, cho nên hãycân nhắc lựa chọn cho mình loại băng tải phù hợp nhất với mục đích sử dụng Để băng tải

Cảm biến

có thể phát huy được hết chức năng của nó phục vụ tốt cho việc vận chuyển hàng hóa thìphải lựa chọn loại băng tải có chức năng phù hợp Đồng thời, tiết kiệm được rất nhiều chiphí và tăng năng suất cho công việc

Trong những trường hợp nhất định thì sẽ sử dụng mỗi loại băng tải khác nhau cho nên cần tìm hiểu kĩ để có thể sử dụng đúng mục đích và đem lại hiệu quả cao

2.2.3 Cảm biến

a.Khái niệm cảm biến

Các hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp có vô số các đại lượng vật lý cần

đo như: nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, trọng lượng,… Các đại lượng vật lý này không có tínhchất điện Trong khi đó, các bộ điều khiển và các cơ cấu chỉ thị lại làm việc với tín hiệuđiện Vì thế phải có thiết bị để chuyển đổi các đại lượng vật lý không có tính chất điện thànhđại lượng điện tương ứng mang đầy đủ tính chất của đại lượng vật lý cần đo Thiết bị

chuyển đổi đó là “cảm biến”.

Cảm biến (sensor) là một thiết bị dùng để cảm nhận và biến đổi các đại lượng vật lý

thành các đại lượng điện Từ đó ta có thể xác định được đại lượng cần đo

Đại lượng cần đo (m) Đại lượng điện (s)

Hàm s = f(m) có thể là hàm tuyến tính, hàm logarit, hàm mũ hay hàm công suất.Các đại lượng vật lý: vị trí, vận tốc, gia tốc, lực, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, ánh sáng,…Các đại lượng điện: điện trở, điện dung, điện cảm, điện áp, dòng điện,…

b.Phân loại và ứng dụng

- Theo nguyên lý chế tạo: các cảm biến được phân làm hai loại:

+ Cảm biến tích cực: là các cảm biến hoạt động như một máy phát, đáp ứng ngõ ra là điện tích, điện áp hay dòng Cảm biến tích cực cần được cung cấp năng lượng từ bên ngoài (tín hiệu kích thích) trong quá trình hoạt động

+ Cảm biến thụ động: là các cảm biến hoạt động như một trở kháng trong đó đápứng ngõ ra là điện trở, độ tự cảm hoặc điện dung Cảm biến thụ động không cần cung cấpnăng lượng trong quá trình hoạt động

- Theo nguyên lý chuyển đổi giữa đáp ứng và kích thích: Hiện tượng vật lý, hóa học,sinh học,…

- Theo dạng kích thích: Âm thanh, điện, từ, quang, cơ, nhiệt, bức xạ,…

- Theo tính năng của cảm biến: Độ nhạy, độ chính xác, độ phân giải, độ tuyến tính,dải tần số, độ ổn định, tuổi thọ,…

- Theo phạm vi sử dụng: Công nghiệp, nông nghiệp, nghiên cứu khoa học, dân dụng,giao thông, vũ trụ,…

- Theo thông số của mô hình mạch thay thế: Cảm biến tích cực có đầu ra là nguồn áphoặc nguồn dòng Cảm biến thụ động được đặc trưng bằng các thông số R, L, C, Tuyếntính hoặc phi tuyến

Tùy vào ứng dụng cụ thể, có rất nhiều loại cảm biến được sử dụng như: Cảm biếnquang, cảm biến nhiệt độ, cảm biến tiệm cận, cảm biến áp suất, cảm biến lưu lượng, cảm

biến vị trí – dịch chuyển – vận tốc, cảm biến gia tốc, v.v…

2.2.4 Cơ cấu xylanh

Ngày nay, khí nén và hệ thống khí nén đã và đang mang lại sự thay đổi mạnh

mẽ của ngành sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp không chỉ của nước ta và nhiều nước trên thế giới.

Trong hệ thống ấy, chúng ta không thể bỏ qua van khí nén-thiết bị cơ cấu, có sức ảnh hưởng lớn Ngày nay, để đáp ứng nhu cầu ngày càng đa dạng của khách, các

hãng kỹ thuật cung cấp nhiều loại van: van điều khiển bằng cơ, van điện từ, van điều

khiển bằng khí Van có nhiều kiểu dáng cũng như kích thước khác nhau nhưng tất cả đều thực hiện một chức năng đó là đóng mở cửa van cung cấp khí nén để phục vụ yêu cầu vận hành của các thiết bị: xi lanh, bộ lọc, điều áp hay bình dầu…

Hình 2.14 Van khí nén trong thực tế

 Chức năng của van khí nén

Điều khiển hướng

Hình 2.13 Các thành phần cấu tạo của máy nén khí

điển hình

Điều khiển dòng chảy

Van khí có điều chỉnh bằng vít hoặc núm vặn

Van khí cho chảy tự do theo 1 hướng nhất định và hạn chế việc chảy ngược lại.

 Phân loại

Van khí nén điện từ hay còn gọi là van đảo chiều khí nén được chia thành các loại như sau: van khí nén 5/2, van khí nén 3/2, van khí nén 5/3, van khí nén 4/2… dựa trên số cửa và số vị trí truyền động ở thân van.

+ Van điện từ khí nén 3/2 hay còn gọi là solenoid vale 3/2

+ Cấu tạo của van 3/2 tương đối giống 2/2 khi có thân van và coil điện Thân van sẽ có 2 vị trí truyền động và 3 cửa: cửa cấp khí nén vào, cửa khí nén làm việc, cửa xả khí nén.

+ Khi ở trạng thái bình thường, cửa khí 1 bị chặn đóng, cửa khí số 2 và số 3 thông nhau Khi dòng điện được đi vào van, coil điện sinh ra từ trường tạo lực để tác động đến thân van làm đảo chiều Cửa khí 1 của van sẽ thông với cửa số 2, cửa số 3

bị chặn lại và dòng khí đi qua cửa van số 1, lên cửa 2 và qua van Khi ngắt điện, trong vòng 1-2s, van sẽ trở về trạng thái ban đầu.

- Van khí nén 4/2

+ Van khá đơn giản với thân van và đầu điện Thân van sẽ có 4 cửa khí và 2

vị trí Các cửa đó là: 1 cửa khí vào, 2 cửa khí làm việc để kết nối cửa khí xi lanh, 1 cửa khí xả.

+ Khi chúng ta cung cấp điện cho van, lực được sinh ra từ trường sẽ tác động làm cửa khí vào số 1 mở, khí nén sẽ đi đến cửa làm việc số 1 Sau khi thực hiện nhiệm vụ thì về tại cửa làm việc số 2 và đi ra ngoài qua cửa xả.

Mọi hoạt động của van sẽ trở về ban đầu khi ngắt kết nối điện hoặc thôi tác dụng lực đối với van cơ 4/2.

- Van khí nén 5/2

+ Van điện từ khí nén 5/2 được phân chia thành 2 loại đó là: Van 5/2 một đầu điện, van 5/2 hai đầu điện Dù là loại nào thì kết cấu van vẫn chỉ bao gồm: thân van, đầu điện và trục nối Tuy nhiên ở thân van sẽ có 5 cửa khí: 1 cửa đưa khí vào, 2 cửa khí xả, 2 cửa khí làm việc kết nối với 2 cửa khí xi lanh và 2 vị trí truyền động.

+ Ở trạng thái bình thường có nghĩa khí nén không được đi qua van, các cửa 1 thông cửa số 2, cửa số 3 đóng, cửa 4 thông với cửa số 5 Khi cấp nguồn điện 12v, 24v hoặc 110v, 220v thì lập tức cửa 1 thông với cửa số 4, cửa số 2 thông với cửa số 3, cửa số 5 bị đóng, khí sẽ đi qua van đến xi lanh Với loại van 5/2 một đầu điện, khi ta cấp điện thì van sẽ đảo chiều, ngưng cấp thì van sẽ về nguyên trạng thái ban đầu.

Với loại van điện từ khí nén 5/2 có hai đầu điện thì khi ta cấp điện ở 1 đầu, ty

xi lanh sẽ đi ra Nếu cấp điện ở đầu số 2, ty của xi lanh khí sẽ rút về nhanh chóng.

- Van khí nén 5/3

+ Tương tự như với van 5/2, van khí 5/3 có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ với thân và đầu điện Tuy nhiên, van có 3 vị trí và 5 cửa: cửa khí vào, 2 cửa làm việc và 2 cửa xả Van khí nén 5/3 được đánh giá là thiết bị phù hợp để điều khiển xi lanh đơn,

xi lanh kép và các loại động cơ khí nén khác.

+ Ở trạng thái bình thường, tất cả các cửa van 5/3 đều đóng Khi cung cấp điện thì cửa 1 thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3 và cửa xả 5 bị chặn Để điều khiển van khí nén 5/3 vận hành tự động nhằm tiết kiệm thời gian và nhân công cũng như đảm bảo tuần suất làm việc cao, khách hàng có thể sử dụng timer hẹn giờ đóng ngắt điện hoặc các cảm biến xi lanh được lắp trên thân xi lanh Với khả năng cung