Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế hội nhập kinh tế quốc tế và đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa, việc áp dụng các dây chuyền sản xuất tự động hóa cao vào quy trình chế biến thực phẩm đóng vai trò thiết yếu nhằm nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Ngành cơ khí tự động hóa và cơ điện tử đòi hỏi sự kết hợp đồng bộ giữa kỹ thuật cơ khí, điện - điện tử và kỹ thuật phần mềm điều khiển.

Trong thực tế sản xuất công nghiệp, các công đoạn chiết rót và đóng nắp bao bì có tính chất tuần hoàn, lặp đi lặp lại liên tục. Nếu thực hiện bằng phương pháp thủ công, nhân công khó duy trì độ tập trung và độ chính xác trong thời gian dài, dễ dẫn đến hiện tượng đong thiếu hoặc tràn đổ dung dịch, đóng nắp không kín làm vi khuẩn xâm nhập và tăng tỉ lệ oxy hóa sản phẩm. Do đó, việc tự động hóa khâu chiết rót và đóng nắp là yêu cầu cấp thiết của các nhà máy sản xuất đồ uống.

Đề tài khóa luận tốt nghiệp được lựa chọn nghiên cứu là: "Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm ứng dụng cho nhà máy sản xuất nước cam sử dụng PLC S7_1500", do sinh viên ngành Công Nghệ Tự Động Hóa thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Bùi Văn Tùng.

Các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Nghiên cứu tổng quan về các dây chuyền chiết rót và đóng nắp nước cam phổ biến trong sản xuất (chai nhựa, chai PET, dạng túi, dạng lon).
  2. Tìm hiểu, tính toán và lựa chọn các thiết bị phần cứng trong hệ thống: băng tải, động cơ kéo, xy lanh khí nén, bơm lưu lượng, cảm biến quang và khí cụ điều khiển.
  3. Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển khả trình PLC Siemens dòng S7-1500 (CPU 1512C-1 PN) và phần mềm lập trình TIA Portal V16.
  4. Tìm hiểu phần mềm giám sát WinCC (SCADA/HMI), thiết kế giao diện vận hành, giám sát và thu thập dữ liệu quá trình sản xuất.
  5. Thiết kế sơ đồ khối, sơ đồ đấu nối mạch cứng; xây dựng thuật toán điều khiển, bảng tag vào/ra và lập trình các khối chương trình cho hai chế độ vận hành: Tự động (Auto) và Bằng tay (Manual).

Về đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống tự động hóa quá trình chiết rót dung dịch nước cam vào bao bì và đóng nắp sản phẩm.
  • Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn đề tài tập trung vào việc mô phỏng hệ thống trên máy tính, đi sâu vào các thiết bị phần điện tự động, thuật toán logic và giao diện SCADA/HMI. Dây chuyền mô phỏng được quy chuẩn thành 4 khâu chính: kiểm tra khuyết tật chai, chiết rót vào chai, đóng nắp chai và chuyển sang dây chuyền đóng thùng sản phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết điều khiển tự động hóa công nghiệp và kỹ thuật truyền động điện - khí nén:

  • Lý thuyết điều khiển logic khả trình (PLC): Ứng dụng nguyên lý quét chu kỳ (quét ngõ vào, thực thi logic chương trình, cập nhật ngõ ra) của PLC nhằm thay thế các mạch điều khiển relay truyền thống cồng kềnh. Sử dụng họ điều khiển Siemens SIMATIC S7-1500 với khả năng xử lý thời gian thực và độ tin cậy cao.
  • Lý thuyết thu thập dữ liệu và giám sát hệ thống (SCADA/HMI): Sử dụng phần mềm WinCC (Windows Control Center) của Siemens để thiết kế giao diện tương tác Người - Máy (Human Machine Interface), quản lý dữ liệu sản xuất, hiển thị cảnh báo và tham số hóa quy trình (công thức/recipe).
  • Chuẩn truyền thông công nghiệp: Ứng dụng giao thức truyền thông công nghiệp PROFINET qua chuẩn Ethernet (TCP/IP), tích hợp cổng RJ45 để kết nối giữa máy tính điều khiển (PG/PC), trạm WinCC và CPU PLC.
  • Lý thuyết truyền động khí nén và điện - cơ: Nguyên lý biến đổi thế năng khí nén thành động năng tịnh tiến thông qua xy lanh tác động kép; lý thuyết vận chuyển liên tục bằng băng tải con lăn kết hợp động cơ xoay chiều cảm ứng.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được tác giả triển khai:

  • Phương pháp phân tích - tổng hợp kỹ thuật: Khảo sát các dạng máy chiết rót hiện hữu trên thị trường đóng gói nước cam (như dây chuyền của các thương hiệu Twister, Le Fruit, Vfresh) để đúc kết cấu hình công nghệ tối ưu.
  • Phương pháp thiết kế hệ thống: Tính toán lựa chọn chủng loại động cơ xoay chiều cảm ứng (công suất, điện áp, khung cơ khí), loại băng chuyền PVC nhám, xy lanh khí nén 2 trục và bố trí các cảm biến quang điện nhận diện vật thể.
  • Phương pháp mô phỏng và lập trình trên phần mềm: Sử dụng phần mềm SIMATIC TIA Portal V16 để cấu hình phần cứng CPU 1512C-1 PN, thiết lập bảng địa chỉ I/O, soạn thảo các khối logic (Khối Main, Khối Manual); sử dụng WinCC tích hợp để thiết kế giao diện HMI mô phỏng chu trình chiết rót - đóng nắp.
  • Nguồn dữ liệu: Dữ liệu kỹ thuật từ tài liệu hướng dẫn sử dụng thiết bị tự động hóa của hãng Siemens (SIMATIC S7-1500, TIA Portal V16, WinCC), bảng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất băng tải PVC, động cơ kéo và xy lanh khí nén công nghiệp.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống điều khiển chiết rót và đóng nắp nước cam tự động được thiết kế dưới dạng hệ thống kỹ thuật điều khiển - giám sát liên động, bao gồm các thành phần kiến trúc sau:

1. Kiến trúc phần cứng và sơ đồ khối

Hệ thống được tổ chức thành 5 khối chức năng liên kết chặt chẽ:

  • Khối nguồn: Cung cấp nguồn điện 24VDC từ bộ nguồn công nghiệp đến đầu nối X80 của CPU PLC và cấp điện áp xoay chiều 1 pha 220-240V/50Hz cho động cơ băng tải.
  • Khối tín hiệu (Đầu vào): Thu thập trạng thái từ các nút nhấn vật lý (Start, Stop), công tắc chọn chế độ (Switch Auto/Manual), các nút bấm cưỡng bức chế độ bằng tay (S_Dongco, S_Bom, S_Van, S_XLDay, S_Xldong) và 3 cảm biến quang điện (CB1, CB2, CB3).
  • Khối xử lý trung tâm: CPU PLC Siemens S7-1500 (mã CPU 1512C-1 PN) tiếp nhận tín hiệu số từ ngõ vào, xử lý các thuật toán logic, đếm xung và định thời gian để xuất lệnh điều khiển.
  • Khối đèn báo: Bao gồm các đèn LED hiển thị trên mặt CPU (Run/Stop, Error - ER đỏ, Maintenance - MT vàng) và các đèn báo trạng thái hoạt động/sự cố của hệ thống.
  • Khối chấp hành (Đầu ra): Bao gồm động cơ xoay chiều kéo băng chuyền tải, van điện từ đóng mở đường ống nước cam, máy bơm cấp chất lỏng, xy lanh khí nén đẩy nắp từ ống chứa và xy lanh khí nén đóng nắp chai.

2. Cấu trúc kết nối cổng nguồn và truyền thông của CPU 1512C-1 PN

Cổng / Chân kết nối Ký hiệu / Loại tín hiệu Chức năng kỹ thuật trong hệ thống
X80 (Chân 1) +24 VDC Nguồn cấp dương 24VDC từ bộ nguồn ngoài
X80 (Chân 2) GND Nối đất / Cực âm nguồn ngoài
X80 (Chân 3) GND (10A) Nối đất giới hạn dòng tới 10A
X80 (Chân 4) +24 VDC (10A) Điện áp dương giới hạn dòng tới 10A
X80 (Chân 5) Chân đồng bộ Cầu nối đồng bộ giữa chân (1 và 4), (2 và 3)
PROFINET (X1) PN X1 P1 R / PN X1 P2 R 2 cổng mạng Ethernet chuẩn RJ45 kết nối mạng PROFINET
X50 Khe thẻ nhớ SIMATIC Lưu trữ cấu hình phần cứng và chương trình người dùng

3. Quy trình vận hành và kiểm thử logic

Hệ thống vận hành theo 2 chế độ độc lập được chuyển đổi qua Switch Auto/Manual:

  • Chế độ Tự động (Auto): Người vận hành nhập giá trị đặt trước về số lượng chai cần sản xuất trên giao diện WinCC, gạt switch sang Auto và nhấn Start. Động cơ băng tải quay đưa chai rỗng di chuyển. Khi cảm biến CB1 phát hiện chai đến đúng vị trí vòi rót, băng tải dừng lại; PLC đồng thời kích hoạt mở van và bật bơm lưu lượng. Khi lượng nước cam chiết rót đạt dung tích quy định, bơm ngắt và van đóng lại, băng tải tiếp tục chạy đưa chai sang vị trí tiếp theo. Khi cảm biến CB2 nhận diện chai đã vào vị trí cấp nắp, xy lanh đẩy nắp sẽ đưa nắp chai từ ống chứa ra đầu chai; tiếp đó xy lanh đóng nắp đẩy xuống để dập/siết nắp với thời gian định thời là 5 giây. Sau khi đóng nắp hoàn tất, băng tải đưa chai di chuyển qua cảm biến CB3 để xác nhận chai đưa vào thùng đóng gói. Quá trình tự động lặp lại tuần hoàn cho đến khi bộ đếm đạt đủ số lượng cài đặt ban đầu hoặc khi người dùng nhấn Stop.
  • Chế độ Bằng tay (Manual): Dùng để vận hành thử nghiệm từng thiết bị riêng lẻ hoặc xử lý sự cố. Người vận hành nhấn nút nào thì thiết bị đó kích hoạt, nhả nút thì thiết bị dừng: S_Dongco (bật/tắt động cơ băng tải), S_Bom (bật/tắt bơm chiết rót), S_Van (đóng/mở van điện từ), S_XLDay (tác động xy lanh đẩy nắp), S_Xldong (tác động xy lanh đóng nắp).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu hệ thống triết rót nước cam và đóng nắp tự động

Chương này trình bày lý do ra đời và tổng quan công nghệ của các hệ thống phân loại, chiết rót và đóng nắp tự động trong ngành công nghiệp đồ uống:

  • Đánh giá vai trò của hệ thống tự động: Giúp thay thế con người trong các công việc tuần hoàn đòi hỏi độ tập trung cao, giảm thiểu thời gian trì hoãn và hạn chế sai lệch chất lượng sản phẩm.
  • Khảo sát các mô hình công nghệ chiết rót nước cam thực tế theo dạng bao bì:
    1. Dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động (hệ thống RFC - Rinsing, Filling, Capping): Gồm khâu súc rửa chai bằng bơm áp lực mạnh, khâu chiết rót có cánh tay đòn giữ chặt cổ chai tránh đổ, khâu cấp nắp từ ống chứa và siết chặt nắp trước khi chuyển ra ngoài.
    2. Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai nhựa: Phân tích cơ chế hai băng chuyền, hai động cơ DC kéo tải, bốn cảm biến quang và hệ thống piston dập nắp kết hợp phân loại sản phẩm đạt chuẩn và sản phẩm thấp vào thùng chứa trên băng tải phụ.
    3. Máy chiết rót nước cam dạng túi: Ứng dụng đóng gói cho túi dạng đứng, túi phẳng hoặc túi đối; quy trình khép kín từ nạp túi, chiết rót, đóng nắp, in date đến phân loại tự động bằng động cơ bước gạt túi vào ngăn chứa.
    4. Máy chiết rót nước cam dạng lon: Dây chuyền hoàn chỉnh gồm hệ thống xếp lon, máy rửa lon, máy chiết định lượng bằng xy lanh, máy đóng lon tự động, máy làm khô, máy in date và đóng gói tự động.
  • Xác định phạm vi mô phỏng của đề tài: Tập trung vào 4 công đoạn cốt lõi là kiểm tra khuyết tật chai, chiết rót nước cam, đóng nắp chai và chuyển sản phẩm sang dây chuyền đóng thùng.

Chương 2: Thiết bị sử dụng

Chương 2 mô tả chi tiết thông số kỹ thuật, cấu tạo và chức năng của từng thiết bị cơ - điện - khí nén được lựa chọn để tích hợp vào hệ thống:

Tên thiết bị / Thành phần Mã hiệu / Xuất xứ Thông số kỹ thuật chi tiết
Băng tải PVC mặt nhám SBPV50AG2HNN Chất liệu PVC màu xanh táo; chiều dày 5 mm; 2 lớp bố; rulo nhỏ nhất 80 mm; lực kéo dãn 1% đạt 10 N/mm; lực kéo đứt 120 N/mm; nhiệt độ làm việc từ -10°C đến 80°C
Động cơ kéo băng tải Động cơ cảm ứng AC / Hàn Quốc Loại xoay chiều cảm ứng; công suất 40W; nguồn điện 1 pha 220 - 240V / 50Hz; kích thước khung 90 mm; trục bánh răng truyền động; có thay đổi tốc độ; đạt chứng chỉ CE
Xylanh khí nén Xylanh 2 trục (trục kép) Cơ cấu tác động kép (Double-acting); hành trình tịnh tiến từ 10 mm đến 100 mm; đáp ứng tốc độ cao
Khí cụ đóng cắt & hiển thị Nút nhấn, đèn báo tủ điện Nút nhấn dạng ấn nhả/duy trì bằng kim loại hoặc nhựa; đèn báo hiển thị trạng thái nguồn ON/OFF và cảnh báo lỗi hệ thống
Bộ điều khiển lập trình Siemens S7-1500 CPU 1512C-1 PN Vỏ bảo vệ chuẩn IP20; hỗ trợ cấu hình trên TIA Portal Step 7 Professional V12 trở lên; tích hợp chức năng bảo mật
Bơm lưu lượng & Cảm biến Máy bơm thủy lực, Sensor quang Bơm dịch chuyển dòng chất lỏng theo đường ống; cảm biến quang phát hiện vật cản/vị trí chai qua chùm tia sáng LED

Chương 3: Giới thiệu PLC và giao điện giám sát WinCC

Chương 3 tập trung phân tích sâu về nền tảng điều khiển phần cứng S7-1500 và công cụ phần mềm giám sát WinCC của hãng Siemens:

  • Cấu trúc chung của hệ thống PLC: Phân tích các thành phần ngõ vào số (mức logic 0 hoặc 1), ngõ ra số (kích cuộn dây rơ le, contactor, đèn báo), thiết bị chấp hành, thiết bị lập trình (PG/PC), cáp truyền thông và các loại bộ nhớ trong (RAM, EPROM).
  • Bộ điều khiển S7-1500 CPU 1512C-1 PN:
    • Định vị là dòng CPU tiêu chuẩn dành cho các ứng dụng tự động hóa quy mô vừa và nhỏ.
    • Thông số xử lý: Bộ nhớ làm việc đạt 1.15 MB, tốc độ xử lý lệnh cực nhanh xấp xỉ 60 ns trên mỗi bit.
    • Tính năng an toàn: Tích hợp chức năng bảo vệ bằng mật khẩu truy cập CPU và chức năng "know-how protection" giúp bảo vệ bản quyền khối mã lệnh logic của người lập trình.
    • Cấu tạo vật lý: Mặt trước có màn hình hiển thị LCD, bàn phím điều hướng, đèn LED chỉ báo trạng thái và chốt khóa CPU; mặt đáy bố trí khe cắm thẻ nhớ SIMATIC, công tắc chọn chế độ (RUN/STOP/MRES), 2 cổng mạng PROFINET (địa chỉ MAC xác định) và đầu cấp nguồn 24VDC X80.
  • Phần mềm lập trình TIA Portal V16: Phần mềm SIMATIC STEP 7 đóng vai trò môi trường kỹ thuật tích hợp chạy trên hệ điều hành Windows, cho phép cấu hình thiết bị, tạo lập dự án, gán địa chỉ IP tương thích giữa máy tính và CPU PLC qua kết nối TCP/IP.
  • Phần mềm SCADA/HMI WinCC:
    • Định nghĩa chức năng: Phần mềm Windows Control Center hỗ trợ kết nối và trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng (Siemens, Mitsubishi, Allen-Bradley, Omron...) qua chuẩn RS232, RS485 hoặc Ethernet.
    • 6 chức năng chính trong giám sát: Hiển thị trạng thái động của quy trình sản xuất; điều khiển vận hành qua giao diện đồ họa GUI; phát hiện và kích hoạt chuông/đèn cảnh báo lỗi; lưu trữ dữ liệu tham số và sự kiện quá khứ; lập báo cáo và in dữ liệu sản xuất cuối ca làm việc; quản lý tham số máy móc theo công thức chế biến (recipe).

Chương 4: Sơ đồ đấu nối, lưu đồ thuật toán và chương trình

Chương này cụ thể hóa toàn bộ thiết kế logic và giải pháp kỹ thuật của đề tài:

  • Sơ đồ đấu nối mạch cứng: Thể hiện chi tiết đường dây kết nối tín hiệu giữa nguồn điện, các nút nhấn, ngõ ra cảm biến quang CB1, CB2, CB3 tới các module ngõ vào số (DI) của PLC; và kết nối từ các ngõ ra số (DO) của PLC qua relay trung gian để đóng mở contactor động cơ, van điện từ và các cuộn hút van khí nén của xy lanh.
  • Lưu đồ thuật toán và nguyên lý vận hành: Xây dựng lưu đồ logic phân nhánh rõ rệt giữa hai chu trình Auto và Manual. Làm rõ chuỗi điều khiển tuần tự: Băng tải chạy -> CB1 nhận diện -> Dừng băng tải -> Mở bơm và van chiết rót -> Đóng van, ngắt bơm -> Chạy băng tải -> CB2 nhận diện -> Xy lanh đẩy nắp -> Xy lanh đóng nắp (giữ 5 giây) -> Rút xy lanh -> Băng tải chạy -> CB3 xác nhận đóng thùng -> Kiểm tra điều kiện dừng.
  • Giao diện giám sát WinCC: Thiết kế màn hình điều khiển với các nút bấm ảo (Start, Stop, Switch Auto/Man), đồng hồ hiển thị số lượng chai thực tế và số lượng đặt trước, đèn báo trạng thái của bơm lưu lượng, van nước và vị trí tịnh tiến của các xy lanh.
  • Bảng Tag hệ thống: Khai báo toàn bộ các tag đầu vào, tag đầu ra và tag nội (Internal Tag) phục vụ đồng bộ dữ liệu giữa TIA Portal V16 và WinCC.
  • Cấu trúc chương trình điều khiển: Trình bày chi tiết các mạng lệnh (Networks) trong Khối chương trình Main (OB1) dành cho chế độ chạy tự động và Khối chương trình Manual phục vụ việc kích hoạt bằng tay từng thiết bị đơn lẻ.

Kết quả và đóng góp

Kết quả kỹ thuật đạt được

  1. Thiết kế hoàn chỉnh sơ đồ hệ thống điều khiển: Xây dựng thành công sơ đồ khối 5 thành phần và sơ đồ đấu nối mạch cứng chi tiết cho hệ thống chiết rót, đóng nắp nước cam ứng dụng PLC Siemens S7-1500 (CPU 1512C-1 PN).
  2. Lựa chọn cấu hình thiết bị đồng bộ: Tính toán và xác định đầy đủ các thông số thiết bị công nghiệp phù hợp với dây chuyền, bao gồm băng tải PVC nhám 5mm (SBPV50AG2HNN), động cơ kéo AC 40W (Hàn Quốc), xy lanh khí nén 2 trục tác động kép (hành trình 10-100mm) và các cảm biến quang.
  3. Xây dựng chương trình điều khiển logic: Lập trình thành công thuật toán điều khiển trên nền TIA Portal V16, quản lý tốt hai chế độ vận hành Auto và Manual. Trong chế độ Auto, hệ thống kiểm soát chính xác chu trình bơm chiết rót và thời gian đóng nắp cố định 5 giây.
  4. Thiết kế giao diện SCADA/HMI: Hoàn thiện giao diện điều khiển và giám sát trên nền tảng WinCC, tích hợp các nút điều khiển, trường nhập dữ liệu số chai, hiển thị trạng thái hoạt động của cơ cấu chấp hành và liên kết truyền thông qua mạng PROFINET/Ethernet.

Đóng góp của đề tài

  • Khóa luận đưa ra giải pháp kỹ thuật tự động hóa quá trình đóng gói nước cam, giúp giảm thiểu sự can thiệp trực tiếp của con người, hạn chế tối đa nguy cơ nhiễm khuẩn và oxy hóa nước cam trong quá trình chiết rót.
  • Cung cấp tài liệu thiết kế và mô phỏng hoàn chỉnh tích hợp dòng PLC cao cấp S7-1500 với phần mềm SCADA WinCC, làm tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu và triển khai các dây chuyền chiết rót chất lỏng trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:

    • Theo xác nhận của tác giả trong văn bản, do giới hạn đề tài là mô phỏng trên máy tính nên nội dung chủ yếu tập trung vào việc nghiên cứu phần điện tự động và lập trình logic. Mô hình mô phỏng có một số điểm khác biệt so với hệ thống thực tế và chưa được chế tạo, kiểm chứng trên mô hình phần cứng vật lý hoàn chỉnh.
    • Các công đoạn phụ trợ trong dây chuyền thực tế như súc rửa chai bằng vòi phun áp lực cao, cơ cấu kẹp xoay cổ chai chống đổ và in date chưa được tích hợp chi tiết vào thuật toán mô phỏng.

  • Hướng nghiên cứu tiếp:

    • Chế tạo mô hình cơ khí thực nghiệm để kiểm chứng độ chính xác khi đóng nắp, đo đạc sai số định lượng thể tích nước cam chiết rót ở các dải tốc độ băng tải khác nhau.
    • Nghiên cứu ứng dụng thêm cảm biến đo lưu lượng điện tử hoặc cảm biến thị giác (camera vision) để tự động phát hiện chai bị nứt, méo hoặc khuyết tật trước khi đưa vào vòi chiết rót.
    • Mở rộng chức năng phần mềm WinCC để quản lý toàn diện theo mô hình MES (Manufacturing Execution System), bao gồm quản lý công thức sản phẩm cho nhiều loại nước ép trái cây khác nhau và lưu trữ biểu đồ lịch sử sản xuất.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên và giảng viên ngành Tự động hóa, Cơ điện tử, Kỹ thuật Điện: Dùng làm tài liệu mẫu cho đồ án tốt nghiệp, đồ án môn học Điều khiển logic hoặc các học phần thực hành PLC Siemens, SCADA/HMI.
  • Kỹ sư tích hợp hệ thống đóng gói: Tham khảo cách thức thiết lập cấu hình phần cứng S7-1500 (CPU 1512C-1 PN), cách đấu nối chân cấp nguồn X80, phương pháp cấu hình mạng PROFINET và quy trình liên kết tag giữa TIA Portal V16 và WinCC.

Nội dung có giá trị tham khảo chuyên sâu nhất trong tài liệu nằm ở Chương 3 và Chương 4, nơi trình bày tường tận cấu tạo phần cứng PLC S7-1500, các bước cấu hình thiết bị trên TIA Portal, quy trình 4 bước kết nối WinCC và bảng tag chi tiết cho hai chế độ Auto/Manual.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng model PLC nào và thiết bị này có những đặc tính kỹ thuật gì nổi bật? Khóa luận sử dụng bộ điều khiển logic khả trình Siemens S7-1500, cụ thể là mã CPU 1512C-1 PN. Thiết bị này có bộ nhớ làm việc 1.15 MB, tốc độ xử lý bit đạt 60 ns, được tích hợp sẵn 1 cổng giao tiếp PROFINET với 2 cổng vật lý chuẩn RJ45 (X1 P1 R và X1 P2 R), đạt chuẩn bảo vệ IP20 và hỗ trợ các tính năng bảo mật nâng cao như bảo vệ mật khẩu và "know-how protection".

2. Động cơ kéo băng tải và xy lanh sử dụng trong hệ thống có thông số như thế nào? Động cơ kéo băng tải là loại động cơ xoay chiều cảm ứng xuất xứ Hàn Quốc, công suất 40W, nguồn điện 1 pha 220 - 240V / 50Hz, kích thước khung 90 mm, trục bánh răng truyền động, đạt chứng chỉ CE và có khả năng thay đổi tốc độ. Xy lanh khí nén sử dụng loại 2 trục (trục kép), tác động kép với hành trình từ 10 mm đến 100 mm, hoạt động ở tốc độ cao.

3. Trình tự vận hành ở chế độ Tự động (Auto) được điều khiển ra sao? Sau khi người dùng nhập số lượng chai đặt trước, chuyển switch sang Auto và nhấn Start: Động cơ kéo băng tải chạy -> Cảm biến CB1 phát hiện chai thì dừng băng tải, mở van và bơm chiết rót -> Chiết đủ lượng nước cam đặt trước thì tắt bơm, đóng van và kích hoạt băng tải tiếp tục chạy -> Cảm biến CB2 phát hiện chai thì xy lanh đẩy nắp đưa nắp ra, xy lanh đóng nắp đẩy xuống siết nắp trong thời gian 5 giây -> Đóng nắp xong, băng tải tiếp tục chuyển chai qua cảm biến CB3 để chuyển vào thùng -> Chu trình lặp lại cho đến khi đủ số lượng đặt hoặc nhấn nút Stop.

4. Dây chuyền mô phỏng trong đề tài gồm những khâu chính nào so với hệ thống thực tế? Do đề tài giới hạn ở mức độ mô phỏng trên máy tính, tác giả tập trung vào nghiên cứu phần điện tự động với 4 khâu chính: kiểm tra khuyết tật chai, chiết rót vào chai, đóng nắp chai và đưa sang dây chuyền đóng thùng sản phẩm. Các khâu cơ khí phức tạp trên hệ thống thực tế (như súc rửa chai áp lực mạnh, kẹp xoay đảo cổ chai, máy in date) được tinh gọn để phục vụ việc mô phỏng logic.

5. Các bước cơ bản để kết nối phần mềm giám sát WinCC với PLC S7-1500 trong tài liệu là gì? Quy trình cấu hình và liên kết WinCC với PLC S7-1500 gồm 4 bước: Bước 1: Thêm thiết bị PLC vào dự án TIA Portal; Bước 2: Thêm trạm WinCC (PC station/HMI); Bước 3: Thêm card mạng truyền thông IE General vào trạm WinCC; Bước 4: Thiết lập liên kết mạng (Network connection) giao thức TCP/IP giữa CPU PLC và WinCC.

Kết luận

Bản khóa luận tốt nghiệp của sinh viên ngành Công Nghệ Tự Động Hóa đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế hệ thống điều khiển chiết rót và đóng nắp chai nước cam tự động. Tác giả đã xây dựng thành công cấu hình phần cứng đồng bộ với trung tâm điều khiển là PLC Siemens S7-1500 CPU 1512C-1 PN kết hợp phần mềm lập trình TIA Portal V16 và hệ thống giám sát SCADA WinCC. Các giải thuật điều khiển phân tách rõ ràng giữa chế độ vận hành tự động và thủ công, đi kèm giao diện mô phỏng trực quan và hệ thống tag vào/ra hoàn chỉnh. Báo cáo là tài liệu kỹ thuật có giá trị học thuật và ứng dụng cao cho sinh viên và kỹ sư theo đuổi lĩnh vực tự động hóa công nghiệp.