Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng plc s7 1200 điều khiển giám sát trên web pages cho hệ thống dân chuyền phân loại và đóng gói sản phẩm

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển giám sát qua web cho hệ thống dây chuyền phân loại và đóng gói sản phẩm.

• Tác giả: Thiên Khương Tùng
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Minh Quang
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-1200 điều khiển giám sát trên Web-Pages cho hệ thống dây chuyền phân loại và đóng gói sản phẩm
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm

Hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm là một phần quan trọng trong dây chuyền sản xuất hiện đại. PLC S7-1200 được sử dụng để điều khiển và giám sát các quy trình này, đảm bảo tính tự động hóa và hiệu quả cao. Hệ thống dây chuyền này bao gồm hai khâu chính: phân loại sản phẩm và đóng gói sản phẩm. Phân loại sản phẩm dựa trên các tiêu chí như kích thước, màu sắc, và khối lượng, trong khi đóng gói sản phẩm đảm bảo sản phẩm được đóng gói chính xác và an toàn. Tự động hóa công nghiệp đã giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu sai sót và nâng cao năng suất.

1.1. Hệ thống phân loại sản phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng các cảm biến quang và camera để phân loại sản phẩm dựa trên kích thước và màu sắc. Công nghệ PLC cho phép điều khiển chính xác các cảm biến này, đảm bảo sản phẩm được phân loại đúng theo yêu cầu. Quy trình sản xuất được tối ưu hóa nhờ khả năng xử lý nhanh chóng và chính xác của PLC S7-1200. Việc phân loại sản phẩm không chỉ giúp loại bỏ các sản phẩm lỗi mà còn chuẩn bị sản phẩm cho khâu đóng gói tiếp theo.

1.2. Hệ thống đóng gói sản phẩm

Hệ thống đóng gói sản phẩm bao gồm các băng chuyền và máy đóng gói tự động. PLC S7-1200 điều khiển các băng chuyền này, đảm bảo sản phẩm được đóng gói chính xác và đồng đều. Công nghệ đóng gói hiện đại cho phép đóng gói sản phẩm vào bao bì hoặc thùng với độ chính xác cao. Tối ưu hóa sản xuất được thực hiện thông qua việc giảm thiểu thời gian chết và tăng cường hiệu quả sản xuất.

II. Ứng dụng PLC S7 1200 trong hệ thống

PLC S7-1200 là một bộ điều khiển lập trình được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp. Hệ thống điều khiển này được tích hợp với giám sát web, cho phép người dùng giám sát và điều khiển hệ thống từ xa thông qua mạng Internet. Công nghệ PLC của Siemens cung cấp khả năng kết nối mạng PROFINET, giúp tăng cường hiệu quả truyền thông và giám sát. Hệ thống giám sát từ xa này đặc biệt hữu ích trong việc quản lý sản xuất và tối ưu hóa quy trình.

2.1. Lập trình điều khiển với PLC S7 1200

Lập trình điều khiển với PLC S7-1200 được thực hiện thông qua phần mềm TIA Portal. Hệ thống điều khiển này cho phép người dùng tạo các chương trình điều khiển phức tạp, đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống. Quy trình sản xuất được tối ưu hóa nhờ khả năng xử lý nhanh chóng và chính xác của PLC. Tích hợp hệ thống với các thiết bị khác như HMI và cảm biến giúp tăng cường hiệu quả sản xuất.

2.2. Giám sát từ xa qua web

Giám sát từ xa được thực hiện thông qua Web Server tích hợp trong PLC S7-1200. Hệ thống giám sát này cho phép người dùng truy cập và điều khiển hệ thống từ bất kỳ đâu thông qua mạng Internet. Công nghệ 4.0 đã mở ra khả năng giám sát và quản lý sản xuất từ xa, giúp tăng cường hiệu quả và giảm thiểu chi phí. Quản lý sản xuất trở nên dễ dàng hơn nhờ khả năng giám sát thời gian thực và điều chỉnh quy trình sản xuất từ xa.

III. Thiết kế giao diện giám sát HMI

Giao diện giám sát HMI được thiết kế để hiển thị thông tin và điều khiển hệ thống một cách trực quan. Hệ thống điều khiển này sử dụng phần mềm WinCC Professional để tạo các giao diện giám sát. Tích hợp hệ thống với PLC S7-1200 cho phép người dùng giám sát và điều khiển hệ thống một cách dễ dàng. Quy trình sản xuất được tối ưu hóa nhờ khả năng hiển thị thông tin thời gian thực và điều chỉnh các thông số sản xuất.

3.1. Giới thiệu về WinCC Professional

WinCC Professional là phần mềm thiết kế giao diện giám sát HMI của Siemens. Hệ thống giám sát này cho phép người dùng tạo các giao diện giám sát phức tạp, hiển thị thông tin thời gian thực và điều khiển hệ thống. Tích hợp hệ thống với PLC S7-1200 giúp tăng cường hiệu quả giám sát và quản lý sản xuất. Quản lý sản xuất trở nên dễ dàng hơn nhờ khả năng hiển thị thông tin và điều chỉnh các thông số sản xuất từ xa.

3.2. Xây dựng giao diện điều khiển

Giao diện điều khiển được thiết kế để hiển thị thông tin và điều khiển hệ thống một cách trực quan. Hệ thống giám sát này sử dụng các nút nhấn, biểu tượng và đồ thị để hiển thị thông tin thời gian thực. Tích hợp hệ thống với PLC S7-1200 cho phép người dùng điều khiển hệ thống một cách dễ dàng. Quy trình sản xuất được tối ưu hóa nhờ khả năng hiển thị thông tin và điều chỉnh các thông số sản xuất từ xa.

IV. Ứng dụng Web Server với PLC S7 1200

Web Server được tích hợp trong PLC S7-1200 cho phép người dùng giám sát và điều khiển hệ thống từ xa thông qua mạng Internet. Hệ thống giám sát này cung cấp các trang web tiêu chuẩn như trang Diagnostic Buffer, Module Information, và Variable Status. Công nghệ 4.0 đã mở ra khả năng giám sát và quản lý sản xuất từ xa, giúp tăng cường hiệu quả và giảm thiểu chi phí. Quản lý sản xuất trở nên dễ dàng hơn nhờ khả năng giám sát thời gian thực và điều chỉnh quy trình sản xuất từ xa.

4.1. Trang Web tiêu chuẩn

Trang Web tiêu chuẩn được tích hợp trong PLC S7-1200 bao gồm các trang như Diagnostic Buffer, Module Information, và Variable Status. Hệ thống giám sát này cho phép người dùng truy cập và giám sát thông tin hệ thống từ xa. Công nghệ 4.0 đã mở ra khả năng giám sát và quản lý sản xuất từ xa, giúp tăng cường hiệu quả và giảm thiểu chi phí. Quản lý sản xuất trở nên dễ dàng hơn nhờ khả năng giám sát thời gian thực và điều chỉnh quy trình sản xuất từ xa.

4.2. Xây dựng trang Web tùy chỉnh

Trang Web tùy chỉnh được xây dựng bằng HTML và các lệnh AWP hỗ trợ cho Web Server. Hệ thống giám sát này cho phép người dùng tạo các trang web tùy chỉnh, hiển thị thông tin thời gian thực và điều khiển hệ thống. Tích hợp hệ thống với PLC S7-1200 giúp tăng cường hiệu quả giám sát và quản lý sản xuất. Quản lý sản xuất trở nên dễ dàng hơn nhờ khả năng hiển thị thông tin và điều chỉnh các thông số sản xuất từ xa.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự bùng nổ của lĩnh vực công nghệ thông tin và truyền thông cùng với sự hoàn thiện của hệ thống mạng Internet đã giúp cho nhu cầu thông tin trong tất cả mọi ngành nghề được đáp ứng một cách nhanh chóng, kịp thời và chính xác. Việc ứng dụng các hệ thống điều khiển và giám sát dây chuyền sản xuất trong công nghiệp, là nhằm công nghiệp hóa đất nước theo kịp thời cuộc cách mạng công nghiệp 4 tại Việt Nam, cũng như trong các thiết bị mang tính ứng dụng nhầm nâng cao tính linh hoạt trong đời sống, phục vụ những nhu cầu và lợi ích của con người ngày càng nhiều. Nhờ sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic khả lập trình PLC đã xuất hiện thay thế các hệ thống điều khiển rơ le.

Càng ngày PLC đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn. Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự. Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp. PLC có nhiều ưu điểm về điều khiển, phương diện quản lý, kết nối thống nhất giữa các thiết bị trong mạng truyền thông với nhau.

Nhưng môi trường số hóa hiện nay đòi hỏi có thể kiểm soát điều khiển công việc từ xa mọi lúc mọi nơi. Vì vậy để đáp ứng nhu cầu này cần dùng đến mạng truyền thông khổng lồ Internet và công cụ Web để có thể kiểm soát và điều khiển hoạt động của PLC. Với sự phát triển vượt bậc của Internet, việc điều khiển và giám sát hệ thống thông qua mạng Internet mang lại rất nhiều tiện ích cho người dùng. Sự liên lạc thống nhất giữa các thiết bị trong hệ thống hoạt động với nhau và với trung tâm điều hành tại chỗ và từ xa là vô cùng cần thiết, đó là thế mạnh của các thiết bị điều khiển công nghiệp thế hệ mới.

Việc sử dụng mạng Internet và Web để truyền tín hiệu là phương pháp tiết kiệm và nhanh chóng nhất. Bên cạnh đó, việc ứng dụng đường truyền Internet được thực hiện trong phạm vi rất rộng, bất kỳ nơi đâu nếu có Internet, nó mang lại sự tiện lợi tối đa cho người dùng.1 Hệ thống phân loại sản phẩm. Hệ thống phân loại sản phẩm là một trong khâu tự động hóa quan trọng nhất trong dây chuyền sản xuất ra số lượng sản phẩm sản xuất đạt yêu cầu. Tuy nhiên đối với những doanh nghiệp vừa và nhỏ thì việc tự động hóa hoàn toàn chưa được áp dụng trong những khâu phân loại, đóng bao bì mà vẫn cũng sử dụng nhân công, chính vì vậy nhiều khi cho ra năng suất thấp chưa đạt hiệu quả.

Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc. Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất. Vì vậy, hệ thống tự động xác định kích thước để phân loại và đóng gói sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này. Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau.

Hệ thống phân loại sản phẩm được chia ra theo các dạng như sau: Muốn phân loại vải thì cần phân loại về kích thước và màu sắc, về nước uống (như bia, nước ngọt) cần phân loại theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, khối lượng, v.v… Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: sản phẩm chạy trên băng chuyền ngang qua cảm biến quang thứ 1 nhưng chưa kích cảm biển thứ 2 thì được phân loại vật thấp nhất, khi sản phẩm qua 2 cảm biến đồng thời thì được phân loại vật cao nhất. Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc của sản phẩm: sử dụng những cảm biến phân loại màu sắc sẽ được đặt trên băng chuyền, khi sản phẩm đi ngang qua nếu cảm biến nào nhận biết được sản phẩm thuộc màu nào sẽ được cửa phân loại tự động mở để sản phẩm đó được phân loại đúng. Phát hiện màu sắc bằng cách sử dụng các yếu tố là tỷ lệ phản chiếu của một màu chính (ví dụ như đỏ, xanh lá cây hoặc xanh trời) được phản xạ bởi các màu khác nhau theo các thuộc tính màu của đối tượng. Phân loại sản phẩm dùng webcam: sử dụng 1 camera chụp lại sản phẩm khi chạy qua và đưa ảnh về so sánh với ảnh gốc.

Nếu giống thì cho sản phẩm đi qua, cũng nếu không thì loại sản phẩm đó. 5 Khâu phân loại sản phẩm không chỉ có nhiệm vụ loại bỏ những sản phẩm bị lỗi, mà nó còn có nhiệm vụ phân tích từng loại sản phẩm khác nhau theo yêu cầu của nhà sản xuất để thuận tiện cho việc đóng gói. Chính vì vậy, trong các dây chuyền sản xuất, khâu phân loại sản phẩm thường được đặt ngay trước khâu đóng gói sản phẩm.2 Hệ thống đóng gói sản phẩm. Sau khi sản phẩm được phân loại sẽ được băng chuyền đưa đến khâu cuối cùng là đóng gói sản phẩm.

Kỹ thuật đóng gói sản phẩm từ trước đến nay không ngừng phát triển. Do vậy, việc nâng cao các tính năng chất lượng sản phẩm là yếu tố sống còn của doanh nghiệp hiện nay. Hiệu quả của việc sản xuất phải đảm bảo 5 yếu tố: Tốc độ sản xuất ra một sản phẩm của hệ thống và dây chuyền phải nhanh. Giá nhân công và nguyên liệu phải hạ.

Chất lượng cao và ít phế thải. Thời gian chết của máy móc là tối thiểu. Máy sản xuất có giá rẻ. - Nếu trước đây, công nghệ đóng gói sản phẩm bị coi nhẹ thì ngày nay, đây là khâu rất quan trọng vì nó quyết định sự hoàn hảo của sản phẩm.

Công nghệ đóng gói sản phẩm dẫn tới sự thành công của doanh nghiệp hoặc xí nghiệp. - Đóng gói sản phẩm gồm có các công đoạn là đưa sản phẩm vào bao bì và sắp xếp vào từng thùng. Tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất và đặc tính của mỗi loại sản phẩm khác nhau vì vậy mà khâu đóng gói sẽ phức tạp hay đơn giản. - Công nghệ đóng gói sản phẩm vào bao bì thường được kết hợp với việc in nhón cho sản phẩm.

Các sản phẩm trước khi được đưa vào bao bì cần được phân loại, sau đó sản phẩm sẽ được chia thành các định lượng đều nhau (thông qua đếm số lượng hoặc cân đóng) đảm bảo khối lượng của thành phẩm đúng như in trên bao bì. Khác với việc đóng gói sản phẩm vào thùng, đóng gói sản phẩm vào bao bì thường sử dụng các thanh 6 nhiệt để dán bao bì. Chính vì vậy, việc điều khiển chính xác nhiệt độ và thời gian của các thanh nhiệt khi dán bao bì là rất quan trọng. - Công nghệ đóng gói sản phẩm từng thùng đòi hỏi độ chính xác cao, phải sắp đặt các sản phẩm đó có sự đồng đều và có một khoảng cách nhất định, các sản phẩm đưa vào hộp phải tránh có lỗi để không làm hỏng cả một dây chuyền sản phẩm.1: Mô hình đoạn cuối đóng gói sản phẩm.

Công nghệ đóng gói sản phẩm thường có hai bộ phận: Máng trượt sản phẩm từ băng chuyền phân loại tới, nó có nhiệm vụ đưa sản phẩm vào hộp khi có hộp chờ sẵn. Băng chuyền đóng gói sản phẩm là băng chuyền hộp, nó có nhiệm vụ đưa hộp vào đúng vị trí nhận sản phẩm. Để thực hiện được hai công đoạn đó thì phải có hai cảm biến đếm sản phẩm và phát hiện hộp. Có 6 yêu cầu trong hệ thống đóng gói sản phẩm: Hoạt động tự động hoàn toàn từ khâu đưa thùng đến nhận sản phẩm tới khâu đưa sản phẩm vào thùng.

Đếm chính xác lượng sản phẩm đủ theo yêu cầu. Dừng hộp đúng vị trí để nhận sản phẩm. 7 Hai dây chuyền phải hoạt động nhịp nhàng. Độ an toàn lao động phải được đảm bảo tuyệt đối.3 Hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm thực hiện trong luận văn.

Với mục tiêu chỉ mang tính chất mô phỏng trong hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm theo chiều cao của sản phẩm, nên không đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu trong thực tế cũng như các điều kiện phân loại phức tạp hơn. Hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm điện hình thường có các bộ phận sau: 11 10 9 1 8 7 4 12 3 2 13 5 14 6 16 15 Hình 1.2: Hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm. Trong đó: (1): Băng tải phân loại sản phẩm. (5): Băng tải đóng gói sản phẩm trung (2): Máng trượt sản phẩm cao.

(3): Máng trượt sản phẩm trung bình. (6): Băng tải đóng gói sản phẩm cao. (4): Máng trượt sản phẩm bị loại. (7): Xi lanh đẩy sản phẩm trung bình ra máng trượt.

8 (8): Xi lanh đẩy sản phẩm cao ra máng (13): Xi lanh chẳn sản phẩm trung bình trượt. từ máng trượt. (9): Xi lanh đẩy sản phẩm ra băng tải. (14): Xi lanh chẳn sản phẩm cao từ (10): Cảm biến phát hiện sản phẩm máng trượt.

(15): Cảm biến đếm sản phẩm cao. (11): Cảm biến phát hiện sản phẩm cao. (17): Cảm biến phát hiện thùng chứa (12): Cảm biến phát hiện có sản phẩm. sản phẩm đúng vị trí.

Khâu phân loại sản phẩm. + Gồm có hai con lăn đặt ở vị trí hai đầu băng tải. Hai con lăn truyền lực và kéo băng tải nhờ hai dây cao su. + Sản phẩm được đặt chạy trên mặt băng tải.

+ Các máng hứng sản phẩm: Các chi tiết, thiết bị được lắp trên khung mô hình. + Động cơ DC_Motor là động cơ 1 chiều 24V, động cơ có nhiệm vụ kéo quay mặt băng tải thông qua dây cao su với con lăn phía trên. + Các cảm biến: Sensor_1, Sensor_2, Sensor_3. + Cảm biến được sử dụng là cảm biến quang 4 dây của hãng Autonics.

+ Các cảm biến được gắn bên cạnh mặt băng tải. + Sensor_1 được gắn ngay đầu của băng tải (Conveyor_1) nhiệm vụ phát hiện sản phẩm từ khay đi ra. + Sensor_2 được gắn bên cạnh mặt băng tải cao hơn 8cm so với mặt băng tải (Conveyor_1). + Sensor_3 được gắn bên cạnh mặt băng tải cao hơn 5cm so với mặt băng tải (Conveyor_1).3: Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm.

Trong đó: (1): Băng tải phân loại sản phẩm. (8): Xi lanh đẩy sản phẩm cao ra máng (2): Máng trượt sản phẩm cao. (3): Máng trượt sản phẩm trung bình. (9): Xi lanh đẩy sản phẩm ra băng tải.