Chương 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP CHAI 1.1. Khái niệm Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai là một trong những khâu quan trọng và không thể thiếu trong quá trình sản xuất của các công ty sản xuất dung dịch lỏng đóng chai. Hệ thống sẽ giúp việc chiết rót và đóng nắp chai một cách chính xác với tốc độ cao, qua đó sản phẩm sẽ được tạo ra nhanhh hơn, nhiều hơn và nâng cao hiệu quả công việc, tăng kinh tế, giảm sức lao động của con người. Hình 1.1: Mô hình đóng chai 3 trong 1 1.2.Phân loại dây chuyền - Theo qui mô: Qui mô nhỏ. Qui mô vừa. Qui mô lớn. - Theo tính năng sử dụng: Dây chuyền bán tự động. Dây chuyền tự động. - Theo công nghệ: Các công đoạn riêng lẻ. Các công đoạn gọp chung 1 mô hình ( 3 trong 1). 1
1.3.Mô tả dây chuyền thực hiện đồ án: Yêu cầu công nghệ: - Dây chuyền thực hiện đồ án là dây chuyền chiết rót chất lỏng có gaz và sử dụng chai PET để chiết rót. - Loại chất lỏng: có khí gaz ( khí CO 2 ) - Áp suất nước trong hệ thống: có áp suất trung bình không quá 10kgf/cm 2. - Điện áp sử dụng: 1 pha 220V, 3 pha 380 V có tần số 50Hz. - Các biện phápp an toàn điện: hệ thống phải được thiết kế chống giạt trên toàn hệ thống và có nút khẩn cấp khi gặp sự cố xảy ra. - Khung sườn thiết bị: được thiết kế bằng thép không gỉ SS304 hoặc SS316, chịu được lực rung lớn. - Ống dẫn nước: chịu áp lực cao bằng PVC hoặc bằng thép không gỉ 304, đảm bảo yêu cầu vệ sinh, không có gỉ sét hay nấm mốc,. - Tóm tắt quá trình hoạt động của dây chuyền này: Sau quá trình tẩy rửa và chuẩn bị chai xong và kiểm tra chai khuyết tật ( chai bị dính bẩn, chai bị mốp, ) đưa chai lên băng tải Khi cảm biến 1 phát hiện có chai Dừng băng tải và chai sẽ được chiết rót sau 5 giây chiết rót băng tải chạy Khi cảm biến 2 phát hiện có chai Dừng băng tải và đóng nút chai sau 2 giây băng tải chạy khi cảm biến 3 phát hiện có chai dừng băng tải và đóng dấu sau 2 giây băng tải chạy đưa chai qua khâu khác tiếp theo 2
1.4.Sơ đồ khối hệ thống Quá trình tẩy rửa và vệ sinh chai hoàn tất Đưa chai lên trên băng tải bắt đầu chu trình Quá trình đóng nắp cho chai khi CB2 tác động Quá trình chiết rót chất lỏng vào chai khi CB1 tác động Quá trình dán nhãn lên nắp chai khi CB3 tác động Chai đưa đến quá trình tiếp theo 3
Chương 2 2.1. Giới thiệu chung TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300 Để đáp ứng yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển. Vì vậy người ta phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như PLC. Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở nên nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có thể thay thế gần như hoàn toàn cho các phương pháp điều khiển truyền thống. Như vậy PLC có tính năng ưu việt và thích hợp trong môi trường công nghiệp là: Khả năng chống nhiễu tốt. Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc mở rộng, cải tạo nâng cấp. Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt. Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động. Hiện nay trên thị trường có các loại PLC của các hãng sản xuất như: Omron, Mitsubishi, Siemens, ABB, Allen Bradley... Do yêu cầu đề tài nên nhóm xin trình bày về Simatic S7-300 của Siemens. S7-300 là Dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn với những yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và có khả năng mở rộng, nâng cấp. Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền chọn lựa. Đặc điểm nổi bật của S7-300 đó là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa dạng cho những yêu cầu chuyên biệt. Hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần. Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa là đối với S7-300 sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt. Ứng dụng trong sản xuất 4
và dân dụng như: Điều khiển robot công nghiệp. Hệ thống xử lý nước sạch. Điều khiển trong cácc cẩu trục. Điều khiển dây chuyền băng tải. Máy chế tạo công cụ. Máy dệt may v.v... 2.2.Các hệ thống modul của S7-300 Hình 2.1. Mô hình hệ thống các modul S7-300 Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tượng điều khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được sử dụng theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tuỳ vào yêu cầu thực tế, xong tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU, các modul còn lại nhận truyền tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các modul chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển động cơ, van thuỷ khí Chúng gọi chung là modul mở rộng. Cấu hình của một 5
trạm PLC S7-300 như hình 2.1. Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể còn có một vài cổng vào ra số. Các cổng vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào ra Onboard. PLC S7_300 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như modul CPU312, modul CPU314, modul CPU315. Những modul cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như cácc khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module). Ví dụ như modul CPU312 IFM, modul CPU314 IFM. Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyền thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các loại modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) như là modul CPU314C-2DP. Hình 2.2. Các khối chức năng bên ngoài CPU S7-3000 6
2.3.Các modul mở rộng Thiết bị điều khiển SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu modul. Các modul này sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng cấu trúc modul rất thuận lợi cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho việc mở rộng hệ thống. Số modul được sử dụng nhiều hay ít phụ thuộc vào ứng dụng khác nhau nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chínhh là CPU, các modul còn lại là những modul truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên ngoài như động cơ, các đèn báo, nút nhấn, các relay, van điện từ, Chúng được gọi chung là các modul mở rộng. Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại: a. Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A. b. Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự. Modul mở rộng tín hiệu vào/ra gồm có: - DI (digital input): Modul mở rộng các cổng vào số. Số lượng các cổng vào số được mở rộng là 8,16,32 tùy từng loại modul. - DO (digital output): Modul mở rộng các cổng ra số. Số lượng các cổng ra số được mở rộng là 8,16,32 tùy từng loại modul. - DI/DO (digital input/ digital output): modul mở rộng các cổng vào/ra số Số các cổng vào/số số mở rộng có thể là 8 vào/ 8 ra hoặc 16 vào/ 16 ra tùy từng loại modul. - AI (analog input): Modul mở rộng các cổng vào tương tự. Số các cổng vào tương tự được mở rộng là 2,4,8 tùy từng loại modul. - AO (analog output): Modul mở rộng các cổng ra tương tự. Số các cổng ra tương tự được mở rộng là 2,4 tùy từng loại modul. - AI/AO (analog input/analog output): modul mở rộng các cổng vào/ra tương tự Số các cổng vào/số tương tự mở rộng có thể là 4 vào/ 2 ra hoặc 4 vào/ 4 ra tùy từng loại modul. 7
Các CPU của S7-300 chỉ xử lý được tín hiệu số, vì vậy các tín hiệu analog đều phải được chuyển đổi thành các tín hiệu số. Cũng như các modul số, người sử dụng cũng có thể thiết lập các thông số cho các modul analog. c. Interface Module (IM): module ghép nối, ghép nối các thành phần mở rộng lại với nhau. Một CPU có thể làm việc trực tiếp nhiều nhất 4 rack, mỗi rack tối đa 8 Module mở rộng và các rack được nối với nhau bằng Module IM. - IM 360: là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU. - IM 361: là modul ghép nối có thể mở rộng thêm bat tầng với một tầng chứa 8 modul trên đó với khoảng cách tối đa là 10 m đòi hỏi cung cấp một nguồn 24VDC cho mỗi tầng. - IM 365: là modul ghép nối có thể mở rộng thêm một tầng chứa 8 modul trên đó với khoảng cách tối đa là 10 m lấy nguồn từ CPU. d. Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng. Ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển PID e. Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. Hình 2.3. Các modul mở rộng thực tế CPU S7-300 8
2.4. Kết nối PlC S7-300 có thể kết nối với nhiều chuẩn mạng khác nhau như PROFIBUS, CAN, DeviceNet, ASi. Profibus là một tiêu chuẩn mạng trường mở quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt. PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển quá trình. Profibus cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP. Hình 2.4... Ví dụ kết nối Profibus S7-300 CAN viết tắt của Controller Area Network và được tạm dịch là Mạng Điều Khiển Vùng. Mạng CAN ra đời gần như đáp ứng nhiều vấn đề cho các hệ thống điện trong xe, với truyền tải dữ kiện trên 2 dây dẫn, tốc độ truyền tải cao, độ sai số rất thấp, độ tin cậy cao. Các hệ thống điện đã được nối với nhau bởi mạng CAN 2 dây này. DeviceNet là một hệ thống bus được hãng Allen-Bradley phát triển dựa trên cơ sở của CAN, dùng để nối mạng cho các thiết bị đơn giản ở cấp chấp hành. Sau này, chuẩn 9
DeviceNet được chuyển sang dạng mở dưới sự quản lý của hiệp hội ODVA (Open DeviceNet Vendor Asscociation) và được dữ thảo chuẩn hóa IEC 62026-3. Hệ thống AS-I (Actuator Sensor Interface) là hệ thống kết nối cho cấp thấp nhất trong hệ thống tự động hóa. Các cơ cấu chấp hành và cảm biến được nối với trạm hệ thống tự động qua bus giao tiếp AS (AS-I bus). AS-I là kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong công nghiệp, trong đó có SIEMENS AG, Festo KG, Peppert & Fuchs GmbH. 2.5. Ngôn ngữ lập trình PLC S7-300 được lập trình qua các ngôn ngữ như: Step 7 (LAD/FBD/STL), SCL, GRAPH, HiGrap Dạng LAD: Phương pháp hình thang, thích hợp với những người quen thiết kế mạch điện tử logic. Dạng STL: Phương pháp liệt kê. Là dạng ngôn ngữ lập trình thông thường của máy tính. Mỗi một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh, mỗi câu lệnh có cấu trúc chung gồm tên lệnh + toán hạng. Dạng FBD: Phương pháp hình khối. Là kiểu ngôn ngữ đồ họa dành cho người có thói quen thiết kế mạch điều khiển số. Dạng SCL: Có cấu trúc gần giống với ngôn ngữ dạng STL nhưng được phát triển nhiều hơn. Nó gần giống với các ngôn ngữ bậc cao như Pascal để người lập trình dễ thao tác. Hình 2.5. Ví dụ về ngôn ngữ LAD 10