CHƯƠNG 1 4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM 1. Tầm quan trọng của đề tài. Trong mọi ngành sản xuất hiện nay, các công nghệ tiên tiến, các dây chuyền thiết bị hiện đại đã và đang thâm nhập vào nước ta. Với chính sách mở cửa của đảng và nhà nước, chắc chắn nền kỹ thuật tiên tiến trên thế giới sẽ ngày càng thâm nhập vào Việc Nam.
Tác dụng của các công nghệ mới và những dây chuyền, thiết bị hiện đại đã và đang góp phần tích cực thúc đẩy công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Các công việc như đóng nắp, rửa chai cũng như đóng gói là một phần trong hệ thống dây chuyền sản xuất. Vì thế quá trình gói sản phẩm tự động là một trong những yêu cầu cần phải được nghiên cứu và giải quyết trong các hệ thống sản xuất tự động nhằm mục đích nâng cao năng xuất lao động, sử dụng và khai thác các máy móc, thiết bị một cách có hiệu quả nhất và nâng cao chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu hệ thống đóng gói sản phẩm tự động là giải quyết từng giai đoạn một cách triệt để trong tổng thể toàn bộ hệ thống sản xuất , thiết bị và công đoạn sản xuất.
Trong quá trình nghiên cứu hệ thống đóng gói tự động thì mục tiêu chính cần phải đạt được đó là hệ thống cần phải hoạt động một cách ổn định và tin cậy, có nghĩa là phải cung cấp sản phẩm một cách kịp thời, chính xác, đủ số lượng theo năng suất yêu cầu có tính đến lượng dự trữ một cách an toàn và hiệu quả. Có thể thấy rằng, việc nghiên cứu hệ thống đóng gói tự động có tính bao quát và bao gồm nhiều lĩnh vực có liên quan đến nhiều ngành công nghiệp khác nhau.2 Giới hạn đề tài. Do đây là lần đầu tiên nghiên cứu về lĩnh vực khá mới, với thời gian làm đồ án có hạn mà lĩnh vực điều khiển tự động còn khá mới mẻ và chưa được phổ biến rộng rãi ở nước ta, chỉ có sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp. Do đó nhóm thực hiện gặp không ít khó khăn trong việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu và khảo sát.3 Giới thiệu tổng quan về mô hình hệ thống đóng gói sản phẩm.
Trong thực tế hiện nay, các ngành sản xuất đang sữ dụng khá rộng rãi các cơ cấu bằng cơ khí, hoặc phối hợp giữa cơ khí – điện, cơ khí – điện khí nén. Với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực điều khiển tự động làm việc theo chương trình và dễ dàng thay đổi được chương trình một cách linh hoạt thích ứng với các kiểu đóng gói khác nhau khi cần thay đổi sản phẩm. Đây là một trong những tính chất rất quan trọng mà nhờ nó có thể áp dụng công nghệ tiên tiến vào trong quá trình sản xuất loại nhỏ và loại vừa mà vẫn có thể mang lại hiệu quả kinh tế cao. CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU PLC SIEMENS S7-300 5 2.
Giới thiệu chung về thiết bị điều khiển lập trình PLC Trong công nghiệp sản xuất, để điều khiển một dây chuyền, một thiết bị máy móc công nghiệp … người ta thực hiện kết nối các linh kiện điều khiển rời (rơle, timer, contactor …) lại với nhau tuỳ theo mức độ yêu cầu thành một hệ thống điện điều khiển. Công việc này khá phức tạp trong thi công, sửa chữa bảo trì do đó giá thành cao. Khó khăn nhất là khi cần thay đổi một hoạt động nào đó. Một hệ thống điều khiển ưu việt mà chúng ta phải chọn được điều khiển cho một máy sản xuất cần phải hội đủ các yêu cầu sau: giá thành hạ, dễ thi công, sửa chữa, chất lượng làm việc ổn định linh hoạt … Từ đó hệ thống điều khiển có thể lập trình được PLC (Programable Logic Control) ra đời đã giải quyết được vấn đề trên.
Thiết bị điều khiển lập trình đầu tiên đã được những nhà thiết kế cho ra đời năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ). Tuy nhiên, hệ thống này còn khá đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành hệ thống. Vì vậy các nhà thiết kế từng bước cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhưng việc lập trình cho hệ thống còn khó khăn, do lúc này không có các thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình. Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (programmable controller handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969.
Trong giai đoạn này các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) chỉ đơn giản nhằm thay thế hệ thống Relay và dây nối trong hệ thống điều khiển cổ điển. Qua quá trình vận hành, các nhà thiết kế đã từng bước tạo ra được một tiêu chuẩn mới cho hệ thống, tiêu chuẩn đó là: dạng lập trình dùng giản đồ hình thang. Trong những năm đầu thập niên 1970, những hệ thống PLC còn có thêm khả năng vận hành với những thuật toán hổ trợ (arithmetic), “vận hành với các dữ liệu cập nhật” (data manipulation). Do sự phát triển của loại màn hình dùng cho máy tính (Cathode Ray Tube: CRT), nên việc giao tiếp giữa người điều khiển để lập trình cho hệ thống càng trở nên thuận tiện hơn.
Ngoài ra các nhà thiết kế còn tạo ra kỹ thuật kết nối với các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, tăng khả năng của từng hệ thống riêng lẻ. Tốc độ xử lý của hệ thống được cải thiện, chu kỳ quét (scan) nhanh hơn làm cho hệ thống PLC xử lý tốt với những chức năng phức tạp, số lượng cổng ra/vào lớn. Một PLC có đầy đủ các chức năng như: bộ đếm, bộ định thời, các thanh ghi (register) và tập lệnh cho phép thực hiện các yêu cầu điều khiển phức tạp khác nhau. Hoạt động của PLC hoàn toàn phụ thuộc vào chương trình nằm trong bộ nhớ, nó luôn cập nhật tín hiệu ngõ vào, xử lý tín hiệu để điều khiển ngõ ra.
Những đặc điểm của PLC: Thiết bị chống nhiễu. Có thể kết nối thêm các modul để mở rộng ngõ vào/ra. Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu. Dễ dàng thay đổi chương trình điều khiển bằng máy lập trình hoặc máy tính cá nhân.
Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ. Bảo trì dễ dàng. Do các đặc điểm trên, PLC cho phép người điều hành không mất nhiều thời gian nối dây phức tạp khi cần thay đổi chương trình điều khiển, chỉ cần lập chương trình mới thay cho chương trình cũ. Việc sử dụng PLC vào các hệ thống điều khiển ngày càng thông dụng, để đáp ứng yêu cầu ngày càng đa dạng này, các nhà sản xuất đã đưa ra hàng loạt các dạng PLC với nhiều mức độ thực hiện đủ để đáp ứng các yêu cầu khác nhau của người sử dụng.
Để đánh giá một bộ PLC người ta dựa vào 2 tiêu chuẩn chính: dung lượng bộ nhớ và số tiếp điểm vào/ra của nó. Bên cạnh đó cũng cần chú ý đến các chức năng như: bộ vi xử lý, chu kỳ xung clock, ngôn ngữ lập trình, khả năng mở rộng số ngõ vào/ra. Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình PLC SIMATIC S7 – 300 Chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ định thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485)… và có thể có vài cổng vào/ra số onboard. - PLC S7-300 có nhiều loại CPU khác nhau, được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong CPU như CPU312, CPU314, CPU315, CPU316, CPU318…Các module được gắn trên thanh rây tối đa 8 module SM/FM/CP ở bên phải CPU, tạo thành một rack, kết nối với nhau qua bus connector gắn ở mặt sau của module.
Mỗi module được gán một số slot tính từ trái sang phải, module nguồn là slot 1, module CPU slot 2, module kế mang số 4… Nếu có nhiều module thì bố trí thành nhiều rack (trừ CPU312IFM và CPU313 chỉ có một rack), CPU ở rack 0, slot 2, kế đó là module phát IM360, slot 3, có nhiệm vụ kết nối rack 0 với các rack 1, 2, 3, trên mỗi rack này có module kết nối thu IM361, bên phải mỗi module IM là các module SM/FM/CP. Cáp nối hai module IM dài tối đa 10m. Các module được đánh số theo slot và dùng làm cơ sở để đặt địa chỉ đầu cho các module ngõ vào ra tín hiệu. Đối với CPU 315-2DP, 316-2DP, 318-2 có thể gán địa chỉ tùy ý cho các module.
Các CPU 312IFM, 314 IFM, 31xC có tích hợp sẵn một số module mở rộng - CPU 312IFM, 312C: 10 ngõ vào số địa chỉ I124.1; 6 ngõ ra số Q124.7, 5 ngõ vào tương đồng AI địa chỉ 752.761, hai ngõ ra AO 752.755 - CPU 314IFM: 20 ngõ vào số I124.3; 16 ngõ ra số Q124.7; 4 ngõ vào tương đồng PIW128, PIW130, PIW132, PIW134; một ngõ ra tương đồng PQW128. - Với các CPU có hai cổng truyền thông, cổng thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán có kèm theo những phần mềm tiện dụng được cài đặt sẵn trong hệ điều hành. Các loại CPU này được phân biệt với các CPU khác bằng tên gọi thêm cụm từ DP. Ví dụ Module CPU 315-2DP… 7 Các khối chức năng bên ngoài CPU S7-300 Các CPU khác nhau thì các thành phần trên không giống nhau, cụ thể các thành phần trong từng module như hình dưới: Sự khác nhau các khối bề ngoài của CPU S7-300 Một số đặc tính kỹ thuật của một số CPU S7-300 Các module mở rộng 8 Các module mở rộng của PLC S7-300 chia làm 5 loại: - Power Supply (PS): module nguồn nuôi, có 3 loại là 2A, 5A và 10A.
- Signal Module (SM): module tín hiệu vào ra số, tương tự. - 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. - Function Module (FM): module chức năng điều khiển riêng.
Ví dụ module điều khiển động cơ bước, module điều khiển PID - Communication Processor (CP): Module phục vụ truyền thông trong mạng giữa các bộ PLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính. Hình ảnh các module mở rộng thực tế Ghép nối các module mở rộng của PLC S7-300 Kết nối PlC S7-300 có thể kết nối với nhiều chuẩn mạng khác nhau như PROFIBUS, CAN, DeviceNet, ASi. 9 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.