Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn

Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa tại Việt Nam, việc tự động hóa các dây chuyền sản xuất đóng vai trò then chốt nhằm giảm thiểu chi phí vận hành, ổn định quy trình công nghệ, nâng cao năng suất lao động và chuẩn hóa chất lượng sản phẩm. Bộ điều khiển logic khả trình (PLC) đã trở thành giải pháp điều khiển tiêu chuẩn nhờ tính linh hoạt cao, cấu trúc lập trình rõ ràng và khả năng thích ứng nhanh với các thay đổi công nghệ.

Cùng với sự phát triển của ngành xây dựng, nhu cầu sử dụng sơn trang trí và bảo vệ bề mặt công trình ngày càng gia tăng. Trong thực tế, các nhà máy sản xuất sơn công nghiệp quy mô lớn chỉ sản xuất một số màu cơ bản. Tại các đại lý bán lẻ, việc pha màu và lắc đồng nhất dung dịch thường sử dụng hai thiết bị riêng biệt. Quy trình này đòi hỏi nhân công phải can thiệp thủ công từ việc cấp phôi thùng, chiết rót, đóng nắp cho đến vận chuyển lon sơn sang máy lắc, dẫn đến tốn thời gian và lãng phí sức lao động. Mặt khác, tại nhiều công trình nhỏ, việc pha màu vẫn dựa chủ yếu vào kinh nghiệm thủ công của thợ sơn, khiến độ đồng đều màu sắc giữa các mẻ không cao và phát sinh sai lệch lớn. Xuất phát từ thực tiễn đó, đề tài "Thiết kế và thi công mô hình pha trộn sơn tự động sử dụng PLC Rockwell" được thực hiện nhằm tích hợp chu trình cấp lon, cân định lượng, chiết rót, đóng nắp và lắc sơn trên một hệ thống tự động hoàn chỉnh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của đề tài là thiết kế, chế tạo và vận hành mô hình tự động có khả năng cân và pha trộn một số màu sơn loãng cơ bản theo các công thức định sẵn hoặc theo thông số tùy chỉnh do người vận hành thiết lập.

Tác giả xác định 7 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm:

  1. Tìm hiểu những khái niệm cơ bản về màu sắc, hóa học sơn, các hệ màu và quy luật pha màu sơn.
  2. Khảo sát các máy pha màu, máy lắc sơn và dây chuyền sản xuất sơn thực tế trên thị trường.
  3. Thiết kế và thi công mô hình cơ khí (bồn chứa, cơ cấu cấp lon, cơ cấu cân, băng tải, cơ cấu cấp - đóng nắp và cơ cấu lắc).
  4. Thiết kế và thi công tủ điều khiển, lắp ráp thiết bị và đi dây hệ thống điện.
  5. Tạo lập công thức pha màu sơn riêng phục vụ mô hình thực nghiệm.
  6. Nghiên cứu cấu trúc, tập lệnh của PLC Rockwell CompactLogix 1769-L32E và lập trình điều khiển toàn bộ chu trình hoạt động.
  7. Nghiên cứu phần mềm FactoryTalk View Studio, thiết kế giao diện HMI/SCADA phục vụ điều khiển, giám sát hệ thống và chạy thử nghiệm hiệu chỉnh.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình công nghệ pha trộn và lắc sơn tự động; hệ thống điều khiển tự động hóa sử dụng PLC Rockwell CompactLogix 1769-L32E kết hợp giao diện giám sát FactoryTalk View.
  • Phạm vi không gian: Đề tài thực hiện tại Bộ môn Điện tử Công nghiệp, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Quá trình nghiên cứu và thi công diễn ra trong 12 tuần (từ ngày 08/4/2016 đến ngày 08/7/2016).
  • Giới hạn kỹ thuật của mô hình:
    • Hệ thống sử dụng 4 bồn chứa sơn loãng, dung tích mỗi bồn là 4 lít.
    • Pha trộn các màu sơn cơ bản theo công thức mặc định hoặc thông số tùy chọn.
    • Sử dụng cảm biến lực (loadcell) để định lượng khối lượng sơn chiết rót.
    • Sử dụng động cơ bước để vận hành cơ cấu lắc đảo đều thùng sơn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và kiến thức nền tảng

Nội dung lý thuyết của đề tài được xây dựng trên các trụ cột chính:

  1. Lý thuyết về sơn và công nghệ sản xuất sơn:

    • Cấu tạo hóa học của sơn gồm 4 thành phần cơ bản: Nhựa (chiếm 40% - 60%, gồm Alkyd, Acrylic, Epoxy, Polyurethane, Fluorocarbon nhằm tạo liên kết và màng bám dính); Bột màu (chiếm 7% - 40%, gồm bột màu gốc, bột màu bổ sung, bột chống gỉ); Phụ gia (chiếm 0% - 5%, tăng độ bền thời tiết, chống nấm mốc, hỗ trợ làm khô); Dung môi (chiếm 10% - 30%, hòa tan nhựa và bột màu).
    • Quy trình sản xuất sơn tiêu biểu: Chuẩn bị nguyên liệu $\rightarrow$ Pha trộn theo tỉ lệ $\rightarrow$ Khuấy $\rightarrow$ Pha loãng $\rightarrow$ Chiết rót $\rightarrow$ Dán nhãn $\rightarrow$ Đóng thùng $\rightarrow$ Vận chuyển và tiêu thụ.

  2. Lý thuyết về màu sắc và quy luật pha màu:

    • Ba yếu tố cơ bản của màu sắc: Sắc (Ton - độ đậm nhạt khi pha trắng/đen), Quang độ (Valuer - độ sáng tối liên kết), Cường độ (Intensity - mức độ tươi thắm kích thích thị giác).
    • Quy luật phối màu: Tác giả phân tích quy luật cộng màu (hệ RGB áp dụng cho nguồn sáng) và quy luật trừ màu (hệ CMYK trong in ấn và hệ RYB trong hội họa/hóa chất). Trong đề tài, tác giả lựa chọn quy luật trừ màu dựa trên 3 màu sơ cấp đỏ (Red - R), vàng (Yellow - Y), lam (Blue - B) để tạo ra các màu thứ cấp: Da cam ($R + Y$), Lục ($Y + B$), Tím ($B + R$), từ đó kết hợp tạo thành các màu tam cấp.

  3. Lý thuyết phần cứng điều khiển và thiết bị chấp hành:

    • Cấu trúc phần cứng PLC Allen-Bradley CompactLogix 1769-L32E: Cơ chế quản lý bộ nhớ gồm Tasks (tối đa 6 Task/Project), Programs (tối đa 32 Program/Task) và Routines; phân cấp Controller Tags (biến toàn cục) và Program Tags (biến cục bộ); cấu hình các trạng thái khóa (Run, Prog, Rem) và hệ thống chỉ báo đèn LED (RUN, FORCE, I/O, OK).
    • Nguyên lý chuyển đổi tín hiệu tương tự qua module Analog Input 1769-IF4 và Analog Output 1769-OF2.
    • Nguyên lý động cơ bước (VEXTA PK566NAW) và mạch điều khiển (Driver EXD5014N) chuyển xung điện thành chuyển động góc phục vụ cơ cấu lắc.
    • Cấu tạo và đặc tính động cơ điện một chiều (DC) 24V kéo băng tải; định luật lực điện từ $F_{dt} = B \cdot I \cdot l$.
    • Nguyên lý hoạt động của xylanh khí nén tác động kép, van điện từ chất lỏng/khí nén và cảm biến quang điện.
    • Cấu tạo cảm biến tải Loadcell biến dạng điện trở cầu Wheatstone và mạch khuếch đại điện áp analog.

Phương pháp nghiên cứu thực tế

  • Phương pháp khảo sát thực tế: Tìm hiểu các dây chuyền sản xuất công nghiệp tại Việt Nam (Công ty Cổ phần Sơn Hải Phòng, Nhà máy ICI Dulux KCN Mỹ Phước 2) và quốc tế (Homecenter - Colombia, Caparol - Dubai); khảo sát cấu tạo máy pha màu và lắc sơn thương mại (Solite Paint, My Kolor, Boss, Ipaint).
  • Phương pháp tính toán và thiết kế kỹ thuật: Tính toán sơ đồ khối, giải thuật điều khiển theo lưu đồ, quan hệ tuyến tính giữa khối lượng cân thực tế và tín hiệu analog truyền về PLC.
  • Phương pháp thực nghiệm - thi công: Chế tạo mô hình cơ khí, lắp ráp tủ điện công nghiệp, lập trình logic trên RSLogix 5000, cấu hình đồ họa HMI trên FactoryTalk View Studio và kiểm thử vận hành mẻ sơn thực tế.

Thiết kế và triển khai

Kiến trúc phần cứng và thiết kế cơ khí

Mô hình hệ thống được tổ chức thành các cụm chức năng liên kết liên tục qua hệ thống băng tải trung tâm:

  • Cụm cấp phôi và định vị lon sơn: Sử dụng xylanh khí nén tác động kép SMC để đẩy lon rỗng từ khay chứa vào băng tải. Cảm biến quang đặt dọc hành trình để phát hiện lon đúng vị trí.
  • Hệ thống bồn chứa và van chiết rót: Gồm 4 bồn sơn (dung tích 4L/bồn) chứa các màu gốc. Mỗi bồn được trang bị van điện từ 220VAC đóng/mở trực tiếp dòng chảy của từng màu sơn vào miệng lon theo lệnh điều khiển PLC.
  • Bộ phận cân định lượng: Cảm biến lực Loadcell đặt dưới đế bàn chiết rót, kết nối với mạch khuếch đại để chuyển đổi tín hiệu biến dạng thành dải điện áp tương thích với ngõ vào của module Analog Input 1769-IF4.
  • Cơ cấu cấp nắp và đóng nắp: Sử dụng kết hợp xylanh khí nén cấp phôi nắp và cơ cấu piston dập ép chặt nắp lon sơn sau khi chiết rót hoàn tất.
  • Cơ cấu lắc trộn: Sử dụng động cơ bước Stepper Motor VEXTA Model PK566NAW kết hợp Driver EXD5014N điều khiển mâm kẹp xoay đảo chiều liên tục để hòa tan và đồng nhất màu sơn bên trong lon.
  • Tủ điều khiển trung tâm: Tích hợp bộ điều khiển CompactLogix 1769-L32E, các module mở rộng, bộ nguồn DC tổ ong 24V, biến áp 15VAC, cầu dao tự động Panasonic HB, hệ thống relay trung gian OMRON, nút nhấn khẩn cấp và đèn báo trạng thái.
Nhóm thiết bị Tên thiết bị / Model Thông số & Chức năng trong hệ thống
Bộ xử lý trung tâm Rockwell CompactLogix 1769-L32E CPU xử lý chương trình chính, tích hợp cổng Ethernet/IP và RS-232
Module I/O số ngõ vào 1769-IQ32 32 ngõ vào số 24V DC (Sinking/Sourcing) nhận tín hiệu nút nhấn, cảm biến quang
Module I/O số ngõ ra 1769-OB32 32 ngõ ra số 24V DC (Current Sourcing) kích hoạt relay điều khiển van, động cơ, xylanh
Module I/O tương tự 1769-IF4 & 1769-OF2 Module 4 ngõ vào Analog (nhận tín hiệu Loadcell) và 2 ngõ ra Analog
Động cơ truyền động Động cơ 24VDC Kéo băng tải vận chuyển lon qua các trạm làm việc
Động cơ lắc sơn Stepper VEXTA PK566NAW Động cơ bước 5 pha, kết hợp Driver EXD5014N đảo chiều góc lắc
Cảm biến trọng lượng Loadcell & Mạch khuếch đại Đo lường khối lượng sơn chiết rót, đưa tín hiệu analog về PLC
Cơ cấu khí nén Xylanh kép SMC & Van điện từ Thực hiện các tác vụ đẩy lon, cấp nắp và ép đóng chặt nắp lon sơn
Van chiết rót Van nước điện từ 220VAC Đóng ngắt dòng chảy dung dịch sơn từ 4 bồn chứa 4L
Thiết bị phụ trợ Nguồn tổ ong 24VDC, Biến áp 15VAC, Relay OMRON, CB Panasonic HB Cung cấp nguồn, bảo vệ mạch điện và cách ly tín hiệu công suất

Thiết kế phần mềm và cấu trúc điều khiển

Hệ thống điều khiển được phát triển trên môi trường phần mềm công nghiệp:

  • RSLogix 5000: Dùng để cấu hình phần cứng phần cứng 1769-L32E, khai báo thẻ nhớ (Tags), xây dựng các khối hàm Routine và viết chương trình Ladder Logic theo lưu đồ giải thuật.
  • FactoryTalk View Studio: Dùng để thiết kế giao diện SCADA/HMI phục vụ người vận hành. Giao diện trực quan hóa toàn bộ quy trình, hiển thị giá trị khối lượng cân thời gian thực, trạng thái các cảm biến, van điện từ và nút điều khiển.
  • Hệ thống hỗ trợ 2 chế độ vận hành:
    1. Chế độ mặc định (Preset Mode): Người dùng lựa chọn màu sơn tiêu chuẩn trên màn hình HMI. PLC tự động tính toán khối lượng thành phần các màu gốc theo công thức định sẵn và thực hiện chiết rót - lắc tự động.
    2. Chế độ tùy chỉnh (Custom Mode): Người dùng tự nhập khối lượng mong muốn của từng màu gốc trên giao diện. Hệ thống sẽ cân và pha trộn chính xác theo tỷ lệ yêu cầu.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày tính cấp thiết của việc tự động hóa quá trình pha trộn sơn trong ngành xây dựng và công nghiệp. Tác giả nêu rõ mục tiêu loại bỏ các thao tác thủ công thiếu chính xác, nâng cao tính đồng đều của sản phẩm, tối ưu hóa năng suất và chi phí. Chương này xác định rõ 7 nội dung nghiên cứu, phân chia giới hạn thông số kỹ thuật (4 bồn sơn 4L, sử dụng Loadcell, động cơ bước và PLC Rockwell) và cấu trúc tổng quát của toàn bộ đồ án gồm 6 chương.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 2 cung cấp toàn bộ nền tảng lý thuyết phục vụ cho việc tính toán và thiết kế:

  • Trình bày định nghĩa, phân loại sơn (theo ứng dụng: sơn nước, sơn sàn, sơn gỗ, sơn dầu; theo chất tạo màng: sơn amin, ankyl, nitro, eloxy, vinyl, polieste) và tỷ lệ 4 thành phần cấu tạo chính (nhựa 40-60%, bột màu 7-40%, phụ gia 0-5%, dung môi 10-30%).
  • Khảo sát các nhà máy sơn lớn và các dòng máy pha màu, lắc sơn thương mại tại thị trường Việt Nam (Solite Paint, My Kolor, Boss, Ipaint).
  • Phân tích bản chất quang học của màu sắc, 3 yếu tố (Ton, Valuer, Intensity), so sánh quy luật cộng màu RGB với quy luật trừ màu CMYK/RYB, từ đó lựa chọn hệ màu sơ cấp RYB (Đỏ, Vàng, Lam) áp dụng cho đề tài.
  • Trình bày chi tiết phần cứng PLC CompactLogix 1769-L32E, sơ đồ tổ chức chương trình trong RSLogix 5000 (Tasks, Programs, Tags), bảng chỉ báo đèn trạng thái, các module mở rộng I/O số (1769-IQ32, 1769-OB32) và I/O tương tự (1769-IF4, 1769-OF2).
  • Trình bày nguyên lý và phân loại động cơ bước, driver điều khiển, động cơ điện một chiều 24VDC, cấu tạo băng tải con lăn/dây đai, xylanh khí nén đơn/kép, van điện từ, relay và cảm biến tải Loadcell.

Chương 3: Tính toán thiết kế

Chương 3 tập trung vào khâu tính toán và thiết kế chi tiết từng cụm chức năng:

  • Xây dựng sơ đồ khối toàn hệ thống và mối quan hệ trao đổi tín hiệu giữa khối xử lý trung tâm (PLC), khối cảm biến (Loadcell, cảm biến quang), khối cơ cấu chấp hành (động cơ DC, động cơ bước, van điện từ, xylanh khí nén) và khối nguồn.
  • Thiết kế hình học và cơ khí cho từng bộ phận: bồn chứa sơn, cơ cấu cấp lon tự động, trạm cân định lượng, khung băng tải truyền động, cơ cấu cấp - dập nắp lon, cơ cấu lắc thùng sơn và vỏ tủ điện.
  • Xây dựng quan hệ toán học và đường đặc tính tuyến tính giữa khối lượng sơn thực tế với giá trị tín hiệu điện áp analog đưa về qua module 1769-IF4.
  • Lựa chọn danh mục linh kiện, thiết bị phần cứng cụ thể đáp ứng đúng yêu cầu thiết kế (Module PLC 1769, Driver EXD5014N, Động cơ bước PK566NAW, Van 220VAC, Cảm biến quang, CB Panasonic, Relay OMRON).

Chương 4: Thi công hệ thống

Chương 4 mô tả toàn bộ quá trình thi công thực tế và triển khai giải thuật:

  • Thi công tủ điện: bố trí mặt trước tủ, sắp xếp thiết bị bên trong tủ, lập sơ đồ đi dây mạch động lực và mạch điều khiển.
  • Lắp ráp cơ khí mô hình hoàn chỉnh, gá lắp các cụm bồn sơn, xylanh, băng tải và động cơ.
  • Xây dựng lưu đồ giải thuật chi tiết cho hệ thống, phân nhánh lưu đồ chế độ mặc định và lưu đồ chế độ tùy chỉnh.
  • Lập trình điều khiển trên phần mềm RSLogix 5000, cấu hình địa chỉ I/O và khối xử lý analog.
  • Thiết kế các màn hình giao diện HMI SCADA trên phần mềm FactoryTalk View Studio, gán Tags liên kết và biên soạn tài liệu hướng dẫn vận hành từng bước cho người sử dụng.

Chương 5: Kết quả_Nhận xét_Đánh giá

Chương 5 ghi nhận kết quả thực nghiệm đạt được trên mô hình sau khi lắp ráp và chạy thử:

  • Khả năng nhận biết vị trí và vận chuyển lon sơn của hệ thống băng tải và cảm biến quang hoạt động chính xác theo chu trình.
  • Khả năng cấp phôi lon, đóng nắp bằng khí nén và hoạt động đảo chiều của cơ cấu lắc sơn sử dụng động cơ bước.
  • Đánh giá độ chính xác của quá trình cân định lượng khối lượng sơn chiết rót qua Loadcell và module Analog 1769-IF4; phân tích các sai số phát sinh về khối lượng và màu sắc thực tế so với công thức lý thuyết.

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương 6 tổng kết các hạng mục đã hoàn thành của đồ án tốt nghiệp, khẳng định mô hình đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật đề ra ban đầu, đồng thời chỉ rõ các hạn chế và đề xuất giải pháp mở rộng quy mô hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính đạt được

  • Thi công hoàn chỉnh mô hình phần cứng: Chế tạo thành công mô hình cơ khí tích hợp đầy đủ 4 bồn sơn (dung tích 4L/bồn), hệ thống băng tải DC, cơ cấu cấp lon, cơ cấu cấp - ép nắp khí nén, cụm cân định lượng và cơ cấu lắc sơn tự động.
  • Hoàn thiện tủ điều khiển công nghiệp: Lắp ráp tủ điện hoàn chỉnh, đi dây gọn gàng, cách ly tốt giữa mạch điều khiển PLC 24VDC và mạch chấp hành công suất 220VAC/khí nén.
  • Lập trình điều khiển và giám sát hoàn chỉnh: Xây dựng toàn bộ tập lệnh PLC trên RSLogix 5000 cho CompactLogix 1769-L32E, xử lý trơn tru tín hiệu ngõ vào số/tương tự và điều khiển chính xác Driver EXD5014N của động cơ bước.
  • Vận hành thành công 2 chế độ pha màu: Mô hình thực hiện được việc pha trộn màu sơn theo công thức lập trình sẵn và theo khối lượng nhập tự do trên giao diện HMI FactoryTalk View Studio; hệ thống định vị lon, chiết rót đúng khối lượng, đóng nắp chắc chắn và lắc đều sơn.

Giải pháp kỹ thuật tác giả đề xuất

  • Đề xuất giải pháp tích hợp liên hoàn toàn bộ chu trình "Cấp lon $\rightarrow$ Chiết rót định lượng $\rightarrow$ Đóng nắp $\rightarrow$ Lắc trộn" trên một băng chuyền duy nhất, khắc phục nhược điểm tách rời hai công đoạn pha màu và lắc của các máy thương mại nhỏ lẻ trên thị trường.
  • Ứng dụng giải thuật điều khiển động cơ bước kết hợp cảm biến lực Loadcell và module analog công nghiệp để kiểm soát định lượng khối lượng sơn chiết rót theo thời gian thực thay vì định lượng theo thể tích thuần túy.

Đóng góp của đề tài

  • Làm chủ quy trình ứng dụng dòng PLC cao cấp Rockwell Automation (CompactLogix 1769-L32E) kết hợp phần mềm RSLogix 5000 và FactoryTalk View Studio vào một bài toán tự động hóa quá trình công nghệ cụ thể.
  • Xây dựng tài liệu kỹ thuật chi tiết về thiết kế, tính toán giải thuật, sơ đồ kết nối phần cứng và giao diện HMI, có thể làm mô hình phục vụ thực hành, giảng dạy trong các bộ môn Tự động hóa và Điện tử Công nghiệp.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của mô hình

  • Hệ thống mới chỉ thử nghiệm với 4 bồn sơn dung tích nhỏ (4 lít/bồn), chỉ áp dụng cho sơn dạng lỏng (sơn loãng), chưa xử lý được các loại sơn có độ nhớt quá cao hoặc sơn công nghiệp đặc chủng.
  • Số lượng màu sơ cấp bị giới hạn ở 3 màu gốc RYB cùng dung môi/sơn trắng, do đó dải màu pha ra chưa đạt mức độ đa dạng tuyệt đối như các máy pha màu công nghiệp chuyên dụng.
  • Cơ cấu cơ khí còn mang tính chất mô hình phòng thí nghiệm, tốc độ chiết rót và dập nắp chưa tối ưu cho quy mô công nghiệp hàng loạt.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Mở rộng số lượng bồn chứa nguyên liệu để tích hợp thêm các màu phụ trợ, chất tạo bóng, chất đóng rắn và phụ gia chống thấm.
  • Nâng cấp cơ cấu chiết rót bằng hệ thống van định lượng vi sai hoặc bơm định lượng chuyên dụng có độ chính xác cao hơn, hạn chế hiện tượng nhỏ giọt sơn sau khi ngắt van.
  • Tối ưu hóa cơ cấu lắc theo nguyên lý xoay đa chiều (gyroscopic mixer) để rút ngắn thời gian hòa tan đồng nhất màu sơn.
  • Kết nối hệ thống lên mạng điều khiển toàn nhà máy qua cổng Ethernet/IP tích hợp sẵn trên PLC CompactLogix để quản lý dữ liệu sản xuất và giám sát từ xa.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án này mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho các nhóm đối tượng sau:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Tự động hóa, Cơ điện tử: Là tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình thiết kế hệ thống điều khiển sử dụng họ PLC Allen-Bradley (Rockwell Automation), cách cấu hình các module I/O 1769, xử lý tín hiệu analog từ Loadcell và thiết kế giao diện SCADA trên FactoryTalk View Studio.
  • Kỹ sư và người nghiên cứu về máy móc ngành sơn/hóa chất: Cung cấp tài liệu tham khảo về nguyên lý phối màu trừ (RYB), tỷ lệ các thành phần trong sơn, cũng như phương án cơ khí hóa dây chuyền đóng gói, chiết rót dung dịch lỏng kết hợp lắc trộn.
  • Các phần có giá trị tham khảo cao nhất trong văn bản:
    • Mục thiết kế sơ đồ khối, mạch khuếch đại Loadcell và tính toán giá trị Analog ở Chương 3.
    • Sơ đồ bố trí thiết bị, sơ đồ đi dây tủ điện và lưu đồ giải thuật chương trình chi tiết ở Chương 4.

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài lựa chọn quy luật pha màu nào và sử dụng những màu sơ cấp nào để pha trộn?

Đề tài áp dụng nguyên tắc pha màu tuân theo quy tắc trừ màu trong hóa chất và chọn 3 màu sơ cấp (Primary) theo hệ RYB là Đỏ (Red - R), Vàng (Yellow - Y) và Lam (Blue - B). Từ 3 màu này, hệ thống phối trộn tạo ra các màu thứ cấp gồm Da cam ($R + Y$), Lục ($Y + B$) và Tím ($B + R$), sau đó tiếp tục phối hợp tạo thành các màu tam cấp.

2. PLC sử dụng trong đồ án là loại nào và có cấu hình các module mở rộng ra sao?

Hệ thống sử dụng bộ điều khiển PLC Rockwell CompactLogix 1769-L32E (hãng Allen-Bradley). Cấu hình các module mở rộng bao gồm:

  • Module 1769-IQ32: 32 ngõ vào số 24V DC (Sinking/Sourcing, Local 2).
  • Module 1769-OB32: 32 ngõ ra số 24V DC (Current Sourcing, Local 3).
  • Module 1769-IF4: Module 4 ngõ vào tương tự Analog Input (Local 4).
  • Module 1769-OF2: Module 2 ngõ ra tương tự Analog Output (Local 5).

3. Cơ cấu lắc trộn lon sơn được thiết kế và điều khiển bằng thiết bị gì?

Cơ cấu lắc trộn sơn sử dụng động cơ bước (Stepper Motor) hãng VEXTA Model PK566NAW, được điều khiển thông qua mạch Driver EXD5014N. PLC phát xung điều khiển tới Driver để thay đổi chiều quay và góc bước, giúp cơ cấu kẹp lon đảo chiều liên tục để hòa tan đều màu sơn.

4. Hệ thống định lượng khối lượng sơn chiết rót bằng nguyên lý nào?

Hệ thống định lượng dựa trên nguyên lý cân khối lượng thực tế bằng cảm biến tải Loadcell đặt dưới bàn chiết rót. Tín hiệu biến dạng vi sai từ Loadcell được đưa qua mạch khuếch đại chuyên dụng để chuyển đổi thành dải điện áp tương tự, sau đó đưa về module Analog Input 1769-IF4 của PLC. PLC so sánh giá trị đọc về với giá trị cài đặt để đóng ngắt các van điện từ 220VAC tương ứng.

5. Phần mềm nào được sử dụng để lập trình điều khiển và thiết kế giao diện HMI/SCADA cho hệ thống?

Đồ án sử dụng hai phần mềm chuyên dụng của Rockwell Automation:

  • Phần mềm RSLogix 5000 để cấu hình phần cứng, quản lý tags và lập trình điều khiển Ladder Logic cho PLC CompactLogix 1769-L32E.
  • Phần mềm FactoryTalk View Studio để thiết kế giao diện HMI/SCADA, hỗ trợ vận hành hệ thống theo chế độ mặc định (Preset) hoặc tùy chỉnh (Custom) và giám sát thời gian thực.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình pha trộn sơn tự động sử dụng PLC Rockwell" của sinh viên Lương Đình Tuấn và Ngô Ngọc Hạng đã hoàn thành đầy đủ các mục tiêu nghiên cứu và nhiệm vụ kỹ thuật được giao. Tác giả đã làm chủ quy trình công nghệ pha trộn sơn loãng, kết hợp hài hòa giữa thiết kế cơ khí, mạch điện công nghiệp và giải thuật điều khiển logic khả trình trên nền tảng CompactLogix 1769-L32E. Mô hình thực nghiệm vận hành ổn định qua các khâu cấp lon, cân chiết rót, ép đóng nắp và lắc sơn tự động, đồng thời cung cấp giao diện giám sát trực quan trên FactoryTalk View Studio. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị cao đối với sinh viên và kỹ sư trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa, kỹ thuật điện tử và công nghệ chế tạo máy.