Đặt vấn đề để hệ thống có thể hoạt động được và đạt được hiệu quả. Các vấn đề cần quan tâm: Làm thế nào để đưa chai vào hệ thống, giữ chai như thế nào? Làm thế nào để xác định được lượng nước cần rót? Giao diện điều khiển khoa học nhất? Phương pháp đóng nắp? Làm cách nào để chai dừng đúng vị trí rót và đóng nắp? Làm cách nào để điều khiển và truyền thông ổn định và chính xác nhất, độ trể đảm bảo.2 Giải quyết vấn đề Để giải quyết các vấn được đặt ra, đề ta cần xác định được nguyên lý vận hành của hệ thống và chi tiết cần thiết kế. Sau đó, xây đựng sơ đồ khối để xác định cơ chế vận hành cho từng khối. Từ đó thiết kế chi tiết cho từng khối.
Cách thức thực hiện: đối với đề tài “Hệ thống chiết rót tự động điều khiển và giám sát qua Webserver” để có thể thực hiện được đề tài này nhóm cần thiết phải nắm được những kiến thức về cơ khí, về điện tử, về PLC. Tìm hiểu thêm các tài liệu lện quan đến đề tài thông qua sách báo, mạng,. để củng cố thêm kiến thức. Đồng thời cần xây dựng mô hình phần cứng của hệ thống để làm cơ sở 11 cho đề tài.
Mô hình hệ thống gồm 2 phần, phần cứng và phần mềm. Vì vậy ta cần cả 2 loại giải pháp phần cứng và phần mềm. Giải pháp phần cứng: Trong phần cứng bao gồm các cơ chế cấp chai, giữ chai, rót nước vào chai và đóng nắp. − Cấp chai ta dùng cơ cấu băng truyền cuốn thân chai, hoặc cuốn đáy chai.
− Giữ chai ta dùng phương pháp giữ thân chai. − Rót nước vào chai ta định lượng bằng phương pháp định thời, máy bơm định lượng, bình định lượng, cảm biến, … − Đóng nắp chai theo kiểu xoay, dùng động cơ. Giải pháp phần mềm: Xây dựng lưu đồ giải thuật chương trình cho hệ thống dùng chương trình để lập trình điều khiển cho PLC Siemens sử dụng ngôn ngữ lập trình LAD, HTML và CSS. Sử dụng Chương trình Html lập trình Webserver- máy chủ PLC trên internet.
Địa chỉ online của PLC là nơi lưu trữ dữ liệu hệ thống online và thiết lập hệ thống nến Web kiểm soát xảy ra lỗi. VBScript để lập trình lưu trữ dữ liệu trên máy tính vận hành.3 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu Sử dụng các kiến thức chuyên ngành đã học về cảm biến, tự động hóa, vẽ kĩ thuật kết hợp với thực tiễn để nghiên cứu thiết kế hệ thống với các chức năng được thực hiện hoàn toàn tự động từ cơ cấu cấp chai cấp nước đến cơ cấu đóng thùng. Hệ thống có thể vận hành ở 2 chế độ tự động và thủ công. Điều khiển dễ dàng thông qua các nút nhấn và có sự giám sát quy trình trên thiết bị truyền thông cho nhận như máy tính hoặc màn hình hiển thị HMI.
Hệ thống đáp ứng chính xác về số lượng chai cũng như vị trí của chai. Hệ thống hoạt động ổn định trong thời gian dài và đảm bảo an toàn bằng một cơ chế cảnh báo khi có lỗi xảy ra. 12 Lập trình và mô phỏng được hoạt động của hệ thống, tính toán các kết cấu cơ khí và điều khiển trên các phần mềm mô phỏng chuyên dụng và vẽ 3D. Hệ thống điều khiển ổn định trên máy tính cục bộ cũng như thiết bị điều khiển qua internet.
Hệ thống xuất chính xác dữ liệu lên Webserver và lưu trữu đầy đủ ở trên Web và trên máy tính cục bộ dưới dạng dữ liệu bảng tính excel.4 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Phương pháp chung: Sử dụng các kiến thức chuyên ngành về vẽ kĩ thuật, hệ thống tự động thủy khí, cảm biến và hệ thống đo, cơ cấu chấp hành và điều khiển, kỹ thuật tự động hóa, các ngôn ngữ lập trình html. Đồng thời cập nhật và thực nghiệm trong suốt quá trình nghiên cứu để đạt được yêu cầu công nghệ và những tính năng cho hệ thống.1 Phương pháp về thiết kế cơ khí. ❖ Xác định các bộ phận chính của hệ thống: 1. Khung đỡ cho hệ thống.
Bộ phận cấp chai tự động. Bộ phận chiết rót và đóng nắp. Bộ phận vận chuyển chai. Lựa chọn vật liệu khung và các bộ phận.
Sự đồng bộ về kích thước và liên kết giữa các bộ phận. Sự chính xác của từng bộ phận khi thực hiện nhiệm vụ và chính xác khi đối tượng chuyển qua từng bộ phận. ❖ Phương pháp: tiến hành thiết kế trên solidwords trước khi gia công bao gồm: 1. Vẽ và liên kết từng bộ phận.
Ước tính trọng lượng tính toán độ bền. Mô phỏng hoạt động giữa các chi tiết trong bộ phận và giữa các bộ phận với nhau.2 Phương pháp về thiết kế điện- điện tử. ❖ Xác định các thiết bị điện- điện tử sử dụng: 1. Nguồn điện, khí.
Bộ điều khiển. Module điều khiển. Module truyền thông. ❖ Xác định vấn đề và phương pháp xử lý: Tính toán, lựa chọn thiết bị phù hợp với kích thước, giá thành của hệ thống, truyền thông ổn định.
Về cảm biến: Sử dụng datasheet kết hợp kiến thức về nguyên lý hoạt động và cấu tạo của các loại cảm biến trong học phần cảm biến và hệ thống đo để lựa chọn loại cảm biến phù hợp nhất. Về tính toán các động cơ, nguồn điện, bơm: Sử dụng kiến thức đã học trong học phần cơ cấu chấp hành và điều khiển để lựa chọn động cơ. Về lựa chọn xy lanh: Sử dụng kiến thức đã học trong học phần hệ thống tự động thủy khí để tính toán thông số cần thiết cho xy lanh và bơm khí nén. Về bộ điều khiển và các module trung gian: Sử dụng kiến thức về kĩ thuật tự động hóa, vi xử lý để chọn lựa.
Về thiết kế và mô phỏng mạch điện, điện điều khiển: Sử dụng Phần mềm AutoCad để vẽ mạch điện và sơ đồ lắp đặt. Sử dụng CPU đời cao với tốc độ xử lý và độ chính xác cao để cập nhật dữ liệu ổn định và chính xác nhất.3 Phương pháp về điều khiển hoạt động và chức năng hệ thống. Lựa chọn thiết bị điều khiển: Sử dụng thiết bị điều khiển phù hợp cho các hệ thống công nghiệp vừa và nhỏ là dòng PLC Siemens. Xác định vấn đề: Xác định rõ các đối tượng điều khiển, module đầu vào, đầu ra, ghép nối và các chức năng để lựa chọn phiên bản, loại PLC thích hợp.
Phương pháp thực hiện: 1. Sử dụng kiến thức đã học về khả năng của PLC, thông số kĩ thuật. Hình thức điều khiển trực tiếp thông qua bảng điện và giám sát qua màn hình HMI. Phần mềm lập trình: sử dụng TIA portal V15.1 để lập trình cho PLC, WinCC professional hỗ trợ thiết kế giao diện mô phỏng giám sán và điều khiển cho hệ thống.5 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm − Dựa trên cơ sở lý thuyết và tính toán, thiết kế, chế tạo theo từng giai đoạn, sau đó tìm ra phương án hợp lý, đơn giản và tiết kiệm nhất.
− Khảo sát thực tế, tìm hiểu các phương án định lượng cơ cấu rót chất liệu rót đã và đang được đưa vào sử dụng, kế thừa những ưu diểm, tìm cách khắc phục những khuyết điểm để áp dụng vào thiết kế đề tài. − Tham khảo và tổng hợp tài liệu từ các nguồn khác nhau. − Áp dụng những phương pháp thiết kế, tính toán, phân tích, xử lý số liệu để xây dựng mô hình phù hợp với đề tài. − Sau khi tìm hiểu thực tế sẽ tiến hành nghiên cứu thiết kế cơ cấu truyền động, cơ cấu rót bán tự động, cơ cấu định lượng.
− Giai đoạn tiếp theo là tiến hành chế tạo. 15 − Thực hiện hoàn thiện từng thành phần của hệ thống: Phần cấp chai và phần đóng nắp. − Tiếp theo là kiểm tra chương trình cho hệ thống, nghiên cứu độ chính xác của hệ thống. − Kiểm nghiệm lại hệ thống, tìm ra những phương án chưa hợp lý từ đó sửa chữa và thay đổi phương án thiết kế kịp thời.
− Xử lý số liệu, tính toán và viết báo cáo. − Tích hợp phát triển thêm chức năng phụ khác. − Giai đoạn cuối là phát triển tối ưu hoá sản phẩm, tạo giá thành rẻ nhất có thể. 16 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 HỆ THỐNG GIÁM SÁT QUA WEBSERVER 2.1 Công cụ lập trình Phần mềm TIA Portal cung cấp một môi trường lập trình và thiết kế cho chúng ta nhằm phát triển, chỉnh sửa và giám sát mạng logic được yêu cầu để điều khiển ứng dụng, bao gồm các công cụ dành cho quản lý và cấu hình tất cả thiết bị trong dự án, như thiết bị PLC hay HMI TIA Portal cung cấp hai ngôn ngữ lập trình ( LAD và FBD ) để thuận tiện và hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối với ứng dụng, và còn cung cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong dự án.
Phần mềm Vscode cung cấp môi trường lập trình cho đa ngôn ngữ bao gồm cả HTML và CSS dùng để thiết kế Webserver-User_defined 2.2 Giải pháp truyền thông 2.1 Phân loại truyền thông Hệ thống truyền thông nội bộ là truyền thông số bao gồm các bus dữ liệu, bus điều khiển, bus địa chỉ. Giúp kết nối giữa các bộ đệm, bộ nhớ chương trình, CPU và các hệ thống xung nhịp, … Truyền thông với các thiết bị ngoại vi: Modbus TCP/IP, PROFINET, Etherner, profibus, RS232/485/422. Kết nối PLC với các thiết bị cảm biến đầu vào, thiết bị đáp ứng đầu ra, giữa các PLC với nhau hoặc với HMI. Truyền thông chỉ nhận: PLC chỉ nhận tín hiệu từ các đối tác truyền thông, thường là tín hiệu đầu ra từ cảm biến, công tắc Truyền thông chỉ cho: Tương ứng với quá trình truyền thông giữa PLC với các Adapter chỉ thực hiện quá trình truyền dữ liệu từ PLC và đối tác chỉ thực hiện nhận lệnh từ PLC, có thể là biến tần hoặc van đóng/ mở.
Truyền thông cho nhận: Thực hiện truyền/ nhận dữ liệu theo 2 chiều, đối tác là màn hình HMI hay máy tính. Khi đó PLC truyền dữ liệu trạng thái để hiển thị ra màn hình đồng thời cũng nhận các lệnh điều khiển từ thiết bị 17 2.2 Các giao thức truyền thông hay sử dụng cho PLC Ethernet là một dạng công nghệ truyền thông dùng để kết nối các mạng LAN cục bộ, cho phép các thiết bị có thể giao tiếp với nhau thông qua một giao thức – một bộ quy tắc hoặc ngôn ngữ mạng chung.