đặt vấn đề, mục tiêu, giới hạn và nội dung đề tài. Chương 2: Cơ sở lý thuyết Trình bày các hệ thống cân đóng bao hiện có trên thị trường, tổng quan PLC trong công nghiệp, giới thiệu sơ bộ về hệ thống, quy trình công nghệ… Chương 3: Tính toán và thiết kế 15 Nêu những thiết bị phần cứng sử dụng trong đề tài. Trình bày thiết kế mô hình 3D hệ thống. Cách kết nối các thiết bị phần cứng trong hệ thống.
Chương 4: Thi công hệ thống Thiết kế sơ đồ trạng thái, chương trình điều khiển, giám sát. Chương 5: Kết quả - Nhận xét - Đánh giá Trình bày kết quả đạt được trong quá trình thực hiện đề tài. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. Trình bày các kết luận sau khi hoàn thành đề tài, từ đó đưa ra hướng phát triển trên thực tế.4 Giới hạn đề tài - Phương pháp điều khiển là điều khiển ngõ ra digital của PLC, kết hợp thu thập dữ liệu từ các ngõ vào ra digital và analog.
- Giới hạn về gia công cơ khí nên nhiều chi tiết vẫn chưa đạt tiêu chuẩn trong môi trường công nghiệp. - Độ chính xác của cân định lượng còn kém 16 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống cân đóng bao tự động Hệ thống cân đóng bao tự động là một công nghệ hiện đại được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong việc đóng gói và bảo quản các sản phẩm như thực phẩm, hóa chất, vật liệu xây dựng, và nhiều mặt hàng khác. Các đặc điểm chính của hệ thống này bao gồm: − Tự động cân và đóng bao: Hệ thống có thể tự động cân lượng sản phẩm cần đóng vào từng túi bao, và sau đó đóng kín túi bao một cách chính xác mà không cần can thiệp bằng tay. − Tốc độ cao: Nhờ việc tự động hóa, hệ thống có thể hoạt động với tốc độ rất nhanh, giúp tăng năng suất sản xuất.
− Chính xác: Công nghệ cân đo và đóng gói của hệ thống rất chính xác, giảm thiểu sai sót và lãng phí. − Tiết kiệm chi phí: So với phương pháp đóng gói thủ công, hệ thống tự động giúp tiết kiệm chi phí nhân công và tăng hiệu quả sản xuất. − Giảm rủi ro: Hệ thống tự động loại bỏ các rủi ro liên quan đến quá trình đóng gói thủ công như chấn thương, sai sót, và nhiễm bẩn sản phẩm.1 Giới thiệu về hệ thống cân đóng bao tự động Cân đóng bao là hệ thống cân định lượng tự động chuyên dùng để đóng bao hoặc đóng gói các nguyên vật liệu có hình dạng khác nhau theo các định mức được cài đặt sẵn cho từng loại nguyên liệu cụ thể.1 Hệ thống cân đóng bao ngoài thực tế [1] Để lắp đặt hoàn thiện một hệ thống cân đống bao tự động, vận hành chuẩn xác, tiết kiệm thời gian và chi phí đầu tư cho doanh nghiệp thì cần rất nhiều bộ phận khác nhau để cấu tạo thành. Tuy nhiên, quan trọng nhất vẫn là 3 bộ phận chính được nêu dưới đây: Hệ thống khung cơ khí: Bao gồm phễu chứa, phễu cân, phễu kẹp, giá đỡ.được làm hoàn toàn bằng thép nhập khẩu với kết cấu bền bỉ, vững chắc dưới mọi điều kiện môi trường.2 Khung máy đóng bao tự động ngoài thực tế 18 Hệ thống cân (Hệ thống cảm biến lực): Cân đóng bao điện tử chủ yếu sử dụng các cảm biến lực dạng thanh loại nhỏ cho khả năng chịu tải thấp hơn 100kg, nhập khẩu trực tiếp từ các thương hiệu nổi tiếng thế giới như: loadcell L6E/L6E3 Zemic, loadcell UDA Keli, loadcell HSX Keli, loadcell VLC-110S Mavin.
Số lượng loadcell sử dụng trong cân sẽ phụ thuộc vào tiêu chí về gia công cơ khó và yêu cầu về độ chính xác của hệ thống cân đóng bao.Thông thường, các dòng cân đóng bao 1 phễu chứa sẽ sử dụng 2 loadcell, cân đóng bao 2 phễu chứa sẽ sử dụng 4 loadcell.để đảm bảo kết quả cân chuẩn xác nhất. 1 Loadcell [2] Hệ thống điều khiển: Cân đóng bao tự động được điều khiển bằng 1 đầu cân điện tử, 1 hệ thống tủ điện và các thiết bị piston, khí nén để truyền lệnh đóng mở cửa xả của từng phễu cân. 3 Sơ đồ điều khiển của hệ thống 19 a. Nguyên lý hoạt động của hệ thống cân đóng bao Hệ thống cân đóng bao tự động vận hàng theo nguyên lý cân định lượng từng mẻ với chu trình hoạt động cụ thể như sau: Bước 1: Nguyên vật liệu sẽ xả từ phễu chứa xuống phễu cân thông qua các loại cửa xả như: van đóng mở (với nguyên liệu dạng hạt), vít tải (với nguyên liệu dạng bột hoặc sợi), băng tải (với nguyên liệu không thể tự rơi).
Bước 2: Hệ thống cảm biến trọng lượng được gắn tại phễu cân sẽ có chức năng chuyển hóa tín hiệu khối lượng sang tín hiệu điện và truyền vào đầu cân đóng bao chuyên dùng. Bước 3: Đầu cân phát tín hiệu logic sang hệ thống điều khiển đang thực hiện đóng mở cửa xả trước và sau phễu cân. Bước 4: Nguyên vật liệu sau khi được đo lường chuẩn xác tại phễu cân, sẽ xả xuống phễu kẹp để dồn vào bao thành phẩm. Bước 5: Khi bao nguyên liệu đã được đong đầy theo định mức đã cài đặt trước đó.
Qua hệ thống băng tải đặt dưới phễu kẹp bao, các bao thành phẩm sẽ di chuyển đến vị trí máy hàn nhiệt hoặc máy khâu bao (tự động hoặc điều khiển bằng tay) để thực hiện hành động khâu lại miệng bao và kết thúc quá trình đóng gói nguyên vật liệu. Quá trình đóng gói nguyên vật liệu liệu bằng hệ thống cân đóng bao tự động không chỉ đảm bảo tính chính xác và gia tăng năng suất cho cho doanh nghiệp hơn các cách đóng gói thủ công trước đó. Việc đóng gói bằng hệ thống cân đóng bao còn giúp doanh nghiệp tiết kiệm thời gian, chi phí đầu tư, giảm thiểu nhân lực giúp tiết kiệm các chi phí phát sinh trong quá trình hoạt động suất, kinh doanh.2 Một số hệ thống cân đóng bao trên thị trường: Các hệ thống cân đóng bao hiện có trên thị trường với khối lượng bao từ 5kg trở lên, đóng đa dạng hàng hoá như bột, thức ăn chăn nuôi, hạt giống, khoáng chất, hoá chất,… Hình 2. 4 Hệ thống đóng bao tự động 1 phễu ngoài thực tế Hình 2.
5 Mô phỏng hệ thống đóng bao tự động 21 2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 2.1 Giới thiệu chung về PLC PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị làm cho các thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có khả năng thay thế cho các phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ le (loại thiết bị phức tạp và cồng kềnh), khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh Logic cơ bản, khả năng định thời, đếm, giải quyết các vấn đề về toán học và công nghệ, khả năng tạo lập, gửi đi, tiếp nhận những tín hiệu nhằm mục đích kiểm soát sự kích hoạt hoặc đình chỉ những chức năng của máy hoặc một dây chuyền công nghệ. Hoạt động của PLC không quá phức tạp: PLC sẽ nhận tín hiệu từ thiết bị đầu vào hoặc các cảm biến kết nối sau đó dựa trên các tham số đã được lập trình ban đầu mà xử lý dữ liệu và kích hoạt đầu ra. Tùy thuộc vào yêu cầu công việc, đặc điểm đầu ra, đầu vào mà PLC có thể tự động khởi động, tự động dừng, giám sát và ghi lại dữ liệu về thời gian chạy máy, nhiệt độ và năng suất trong quá trình vận hành.
PLC còn có thể tự báo động nếu máy gặp sự cố. PLC được đánh giá cao với khả năng điều khiển mạnh mẽ, linh hoạt và phù hợp với hầu hết các ứng dụng máy móc hay hệ thống.2 Những ưu điểm của PLC so với các bộ điều khiển khác: - Cấu trúc dạng module thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp… - Có những module chuyên dụng để thực hiện những chức năng đặc biệt hay những module truyền thống để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng Internet… - Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động. - Yêu cầu của người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ cần nắm vững công nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được. 22 - Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay đổi trực tiếp các thông số mà cần thay đổi lại chương trình.3 Những đặc điểm của SIMATIC S7-1200 Một số đặc điểm nổi bật của dòng S7-1200 như: − Kích thước nhỏ gọn và linh hoạt, phù hợp với các ứng dụng không gian hạn chế.
− Tích hợp nhiều chức năng như điều khiển logic, giám sát, an toàn và truyền thông. − Hỗ trợ các giao tiếp phổ biến như Profinet, Profibus, AS-Interface, Modbus, v.v… − Dễ lập trình và cấu hình với phần mềm TIA Portal của Siemens. − Tính năng mở rộng linh hoạt với các module mở rộng I/O, analog, communication. − Hiệu suất xử lý cao, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tốc độ xử lý nhanh.
− Khả năng lập trình và cấu hình từ xa, hỗ trợ tích hợp IoT. − S7-1200 đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như sản xuất, xử lý nước, năng lượng, giao thông vận tải và nhiều ứng dụng khác. [3] 23 Ứng dụng của PLC trong thực tế: Bộ lập trình PLC được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực tủ bảng điện tự động hoá, phục vụ cho nhiều ngành, nhiều loại máy móc như: Cấp nước, xử lý nước thải, giám sát năng lượng, giám sát hệ thống điện, máy đóng gói, máy đánh sợi, máy se chỉ, máy chế biến thực phẩm, máy cắt tốc độ cao, hệ thống phân bổ giám sát trong dây chuyền… Hình 2. 7 Ứng dụng của PLC trong thực tế 2.3 Giới thiệu về xi lanh khí nén Xi lanh khí nén hay còn gọi là ben khí nén, xi lanh khí là một thiết bị cơ học, sử dụng sức mạnh của khí nén để tạo ra lực cung cấp cho chuyển động.
Xi lanh khí nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác dụng làm piston của xi lanh chuyển động, thông qua đó truyền động đến thiết bị hoạt động. Bởi vì khí nén có khả năng nở rộng, không có sự xuất hiện của năng lượng đầu vào từ bên ngoài. Để thực hiện chức năng của mình, khí nén dãn nở ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển, áp lực được tạo ra đẩy piston chuyển động theo hướng mong muốn. 8 Xi lanh khí nén a.