CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT, ĐÓNG NẮP CHAI VÀ IN LOGO 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, việc tự động hóa trong sản xuất là một trong những ưu tiên hàng đầu của doanh nghiệp hiện nay. Vì nó có thể tăng độ chính xác cho các sản phẩm tạo ra vì nó đã được thiết kế và tính toán bởi các kĩ sư lành nghề và đặc biệt là có thể thay thế cho con người trong sản xuất giúp tiết kiệm chi phí và giảm giá thành sản phẩm cũng như hạn chế tai nạn lao động trong những công việc nguy hiểm là công việc rất quan trọng. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, nên việc thiết kế và chế tạo một dây chuyền hệ thống tự động hóa trong sản xuất là việc làm rất cần thiết và cấp bách hiện nay.
Với sự chính xác trong khâu thiết kế tính toán và độ tin cậy cao. Tổng quan về đề tài Nội dung của đề tài chủ yếu khai thác vào hệ thống chiết rót, đóng chai và in logo tự động cho các chai rỗng. Đề tài này xây dựng một mô hình thu nhỏ của 1 dây chuyền sản xuất hàng hóa trong công nghiệp, sử dụng các thiết bị, cơ cấu chấp hành hoạt động một cách tự động dựa vào các tín hiệu của các cảm biến, được xử lí bởi thiết bị điều khiển như là vi xử lý, bộ điều khiển (PLC),… Để xử lý các thuật toán, yêu cầu đề ra của bài toán trong đề tài. Hướng đến việc tự động hóa trong công nghiệp nhằm giảm sự phụ thuộc của con người trong lĩnh vực sản xuất, chế biến hướng đến cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 là sự kết hợp của trí tuệ nhân tạo tự động vận hành các dây chuyền này.
Mô hình được thiết kế với 3 khâu làm việc đó là chiết rót dung dịch, đóng nắp chai và in logo lên thân chai. Với đề tài này, nhóm hi vọng nó sẽ được ứng dụng trong tương lai gần. Nội dung đề tài Sản phẩm được ra đời với mục đích thay thế sản xuất thủ công bằng sức lao động của con người, hướng đến việc tự động hóa trong quá trình sản xuất tại các doanh nghiệp sản xuất,… Khi hàng hóa được thành phẩm sẽ được đưa vào đóng gói. Thay thế quá trình sản xuất hàng hóa thủ công bằng chân tay con người, tăng cường được năng suất lao động và thời gian để thực hiện công đoạn và giảm giá thành sản phẩm.
Các giai đoạn phát triển hệ thống.1) Việc thi công hệ thống được thực hiện qua các giai đoạn chính như sau: SVTH: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Người hướng dẫn: ThS. Phạm Duy Dưởng 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống chiết rót đóng nắp và in logo sử dụng PLC S7-1200 Hình 1. 1: Mô hình các giai đoạn phát triển hệ thống 1. Giới thiệu hệ thống 1.
Giới thiệu Với các vấn đề đặt ra ở trên nhóm đã ban đầu hình thành nên ý tưởng ban đầu như sau: Hệ thống sẽ hoạt động theo 2 chế độ là băng tay và tự động, sử dụng bộ điều khiển PLC S7- 1200 và gồm có 3 khâu chức năng chính: Khâu 1 sẽ chiết rót dung dịch vào vào chai theo định lượng thời gian Khâu 2 tiếp tục đóng nắp và vặn cố định vào chai Và cuối cùng khâu 3 sẽ in logo lên thân chai và thành phẩm. Phương pháp nghiên cứu Chế tạo mô hình thật nên nhóm gặp nhiều khó khăn trong việc thiết kế, chế tạo vào kết nối sản phẩm với bộ PLC S7- 1200. Đặc biệt là phần thiết kế và chế tạo phần cơ khí còn nhiều hạn chế nên trong quá trình vận hành thì hệ thống còn gặp nhiều trục trặc và hoạt động chưa được trơn tru. Các phương pháp chủ yếu: Phương pháp mô phỏng, thiết kế trên lý thuyết: Nhóm đã thực hiện thiết kế, mô phỏng mô hình thử trên phân mềm TIA Portal và cho thấy hệ thống hoạt đúng với yêu cầu của đề tài để tiến hành bước tiếp theo là chế tạo mô hình sản phẩm thật.
Phương pháp thực hành: Đồng thời với việc nghiên cứu lý thuyết em đã thiết kế mô phỏng và chạy thử sản phẩm trên phần mềm để kiếm tra lý thuyết và sửa lỗi các chương trình để tiến hành kiểm tra lý thuyết trên sản phẩm thật. Phương pháp tính toán: Tính toán lựa chọn các linh kiện phù hợp với giới hạn và quy mô của mô hình thực tế, từ đó điều chỉnh các thông số cho phù hợp với công nghệ sử dụng trong đề tài cũng như mô hình thực tế. Các phương pháp điều khiển hệ thống a. Sử dụng vi điều khiển Vi điều khiển là bộ điều khiển có thiết kế nhỏ gọn nhưng mang lại hiệu suât làm việc cao, nó có thể xử lí các tín hiệu vào, tính toán để xuất các tín hiệu ra.
Vi điều khiển SVTH: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Người hướng dẫn: ThS. Phạm Duy Dưởng 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống chiết rót đóng nắp và in logo sử dụng PLC S7-1200 thường ứng dụng để thực hiện những thuật toán điều khiển có quy mô lớn hơn so với PLC như điều khiển dòng điện, tốc độ động cơ,. Hệ thống xử lý sử dụng vi điều khiển thường đơn giản, kích thước nhỏ hơn khi sử dụng PLC và giảm độ kém ổn định do linh kiện gây ra. Vi điều khiển còn có thể điều khiển linh hoạt theo mong muốn của người sử dụng dựa vào ngôn ngữ và phần mềm được viết.
Giá thành rẻ cũng là một ưu điểm để có thể cân nhắc lựa chọn sử dụng vi xử lí. Và với độ bao phủ, phổ biến của vi điều khiển trong việc ứng dụng môi trường nghiên cứu và học tập, thì đây là một lợi thế nữa của vi điều khiển đôi với môi trường học tập nghiên cứu và đối tượng chính là sinh viên nghiên cứu và chế tạo các đề tài trong học tập, đồ án,… b. Sử dụng bộ điều khiển (PLC) PLC là bộ điều khiển logic có khả năng lập trình được. Ban đầu PLC chỉ có nhiệm vụ điều khiển logic , tức là điều khiển on- off như các relay.
PLC hiện đại như bây giờ có khả năng điều khiển PID và điều khiển mờ,. PLC cho phép mở rộng thêm các module vào/ra nên có khả năng quản lý một hệ thống lớn trong nhà máy. Vì vậy PLC thường được ứng dụng để điều khiển một hệ thống sản xuất lớn, có quy mô (so với vi xử lý) và có đặc tính động học chậm (so với vi xử lý) như điều khiển mức nước, áp suất, nhiệt độ, tốc độ động cơ băng tải,… Đặc trưng của PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy cao, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, có khả năng chống nhiễu tốt hơn vi xử lý, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay giao tiếp được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, nối mạng, các module mở rộng tốt. Tuy có giá thành khá cao so với vi xử lý nhưng bù lại vi xử lí có thể đáp ứng tốt trong môi trường công nghiệp với yêu cầu hoạt động liên tục trong thời gian dài nên vấn đề này không ảnh hưởng nhiều đến việc lựa chọn bộ điều khiển để tham gia điều khiển hệ thống và đề tài của nhóm.
Sử dụng các thiết bị điện Phương pháp này sử dụng các thiết bị như: nút nhấn, công tắc, rơ le trung gian, rơ le thời gian,… Dựa vào nguyên lí hoạt động của các thiết bị này mà liên kết chúng lại với nhau để hoạt động một cách tuần tự, liên kết chặt chẽ với nhau. Phương pháp này thường được sử dụng trong các hệ thống có thuật toán điều khiển đơn giản và không quá phức tạp (thường chủ yếu thực hiện một chức năng cụ thể SVTH: Trần Văn Trung Nguyễn Khắc Tấn Phát Người hướng dẫn: ThS. Phạm Duy Dưởng 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống chiết rót đóng nắp và in logo sử dụng PLC S7-1200 nào đó) nên khi sử dụng phương pháp này vào các bài toán nhiều khâu chức năng và thuật toán khác nhau thì nó lại cho thấy những yếu điểm như khó điều khiển, yêu cầu người thiết kế phải có sự nhạy bén và kinh nghiệm trong việc thiết kế, mô hình tủ điện trở nên phức tạp và cồng kềnh hơn. Độ linh động không cao vì khi người sử dụng muốn thay đổi thuật toán điều khiển hoặc thay đổi chức năng của hệ thống nhằm sản xuất loại hàng hóa khác thì rất khó khăn.
Trong khi sử dụng hai phương pháp trên thì việc này có thể thay đổi dễ dàng hơn trên chương trình điều khiển. Mặc khác, khi hệ thống với các thuật toán phức tạp thì sẽ sinh ra việc sử dụng nhiều các thiết bị điện (khí cụ điện) nên giá thành sẽ cao hơn so với sử dụng 2 phương pháp ở trên. Khi xảy ra sự cố thì xử lý sẽ khó khăn hơn. Mục tiêu của đề tài Đề tài với mục tiêu là hướng đến việc ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, dành cho người vận hành giám sát.
Môi trường làm việc là công nghiệp nên phải yêu cầu là thiết bị điều khiển mang tính công nghiệp như làm việc vận hành liên tục, chịu được khắc nghiệt, bền bỉ với thời gian. Chống nhiễu và hạn chế lỗi trong các linh kiện. Đặc biệt là phương pháp điều khiển phải đơn giản, dễ hiểu, không quá phức tạp và có thể thay đổi linh hoạt hệ thống sản xuất đối với những hàng hóa khác. Lựa chọn phương pháp Do tính ứng dụng của đề tài là xây dựng một mô hình sản xuất hàng hóa tự động với quy mô lớn và hướng đến các nhà máy, xí nghiệp trong công nghiệp.
Do vậy, khi so sánh các yêu tố và xét đến các chức năng, ưu nhược điểm của 3 phương pháp ở trên nên cuối cùng nhóm đã thống nhất là sẽ sử dụng phương pháp điều khiển hệ thống bằng bộ điều khiển PLC nhằm đáp ứng được các yêu cầu trong môi trường công nghiệp. Xét về tính thẩm mỹ và linh hoạt thì sử dụng bộ điều khiển có thể lập trình được (PLC) cũng đã đáp ứng yêu cầu đề ra khi các công ty, doanh nghiệp sản xuất muốn tái cơ cấu các hệ thống, quy trình sản xuất tùy thuộc vào loại hàng hóa.