Sản phẩm đóng chai ngày càng trở nên phổ biến do khả năng bảo quản tốt hơn và tính thẩm mỹ cao Việc đóng nắp cẩn thận, cùng với các hóa chất bảo quản (nếu có), giúp sản phẩm giữ được chất lượng lâu dài so với các hình thức đóng gói khác như hộp hay túi nilon Để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của xã hội, công nghệ đóng nắp chai điều khiển bằng hệ thống PLC đã trở thành một phần thiết yếu trong dây chuyền sản xuất.
- Băng tải 2 : chuyền nắp chai + Có 5 cảm biến lần lượt là :
- Cảm biến siêu âm phát hiện chai bị nứt
- Cảm biến quang kiểm tra chai không có nước hoặc chưa đầy
- Cảm biến tiệm cận kiểm tra chai thành phẩm
- Cảm biến quang kiểm tra nắp chai hỏng
- Cảm biến quang kiểm tra nắp chai tốt + Các Cylinder được sử dụng như sau :
- Cylinder đẩy chai nứt vào ngăn chứa phế phẩm
- Cylinder tịnh tiến đóng nắp chai
- Cylinder đẩy nắp chai hỏng + Một cái van nhả nắp xuống Cylinder đóng nắp
1.2.1 Một số loại cảm biến siêu âm
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng
Cảm biến siêu âm đa dạng về loại hình, được thiết kế phù hợp với các công dụng khác nhau như phát hiện vật thể ở khoảng cách gần hay xa, nhận diện các vật thể có tính chất khác nhau và hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện khác nhau.
* Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF (Time Of Flight)
Sóng siêu âm di chuyển trong không khí với tốc độ khoảng 343m/s Khi một cảm biến phát ra sóng siêu âm và nhận lại các sóng phản xạ, nó có thể đo thời gian từ lúc phát đến lúc thu Dựa vào thời gian này, máy tính xác định quãng đường sóng đã di chuyển, tính theo công thức TOF: d = v • t/2, trong đó d là khoảng cách từ cảm biến đến chướng ngại vật.
* Tầm quét của cảm biến siêu âm :
Cảm biến siêu âm hoạt động như một hình quạt, với các điểm ở giữa cho thấy không có chướng ngại vật, trong khi các điểm ở biên lại cho thấy sự hiện diện của chướng ngại vật ở một vị trí nào đó.
* Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng
*: Ước tính góc của hình nón cảm biến ở 1 / 2 cảm biến
*: Số vang ghi lại bởi cảm biến Đây là những tiếng vọng ghi từ đọc gần đây nhất, và được ghi đè mới bằng mỗi lần khác nhau
A: Những cảm biến nhỏ hơn điển hình (SRF 05/04 / 08) kích thước
B: Phạm vi thời gian có thể được điều chỉnh xuống bằng cách điều chỉnh được
C: cảm biến này cũng bao gồm một photocell ở mặt trước để phát hiện ánh sáng
D: Hoạt động ở một tần số 235kHz cao hơn
Cảm biến tiệm cận là giải pháp hiệu quả để phát hiện đối tượng mà không cần tiếp xúc Trong số các loại cảm biến, cảm biến tiệm cận từ là phổ biến nhất, hoạt động bằng cách phát ra trường điện từ để nhận diện các vật thể kim loại trong khoảng cách một đến hai inch Autonics cung cấp 12 loại cảm biến tiệm cận, bao gồm 6 loại cảm ứng từ và điện dung, và đã giữ vị trí số 1 trên thị trường Hàn Quốc trong hơn 10 năm Công ty không ngừng cải tiến chất lượng sản phẩm và độ tin cậy để đáp ứng nhu cầu toàn cầu Nếu bạn đang tìm kiếm cảm biến tiệm cận đáng tin cậy với giá cả hợp lý, Autonics chính là lựa chọn tối ưu.
* CR Serie : Cảm biến tiệm cận loại điện dung
* PFI Series : Cảm biến tiệm cận loại dẹp
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng
* PT Series : Hộp mối nối
1.2.3 Một số loại cảm biến quang
Các thiết bị chuyển mạch quang điện hoạt động theo hai phương thức chính: kiểu truyền phát, trong đó vật thể cần phát hiện chắn chùm sáng và ngăn không cho ánh sáng chiếu tới thiết bị dò; và kiểu phát xạ, khi vật thể phản chiếu chùm sáng trở lại thiết bị dò.
Cả hai kiểu phát bức xạ đều sử dụng điốt phát quang (LED), trong khi thiết bị dò bức xạ thường là cặp transistor quang Cặp transistor này giúp tăng cường độ nhạy của thiết bị, và tuỳ thuộc vào mạch được sử dụng, đầu ra có thể được chế tạo để chuyển mạch giữa mức cao và mức thấp khi ánh sáng chiếu vào transistor Các bộ cảm biến này được thiết kế dưới dạng hộp, có khả năng phát hiện sự hiện diện của vật thể ở khoảng cách ngắn.
Diode phát quang Thiết bị dò quang học
Thiết bị dò quang học
Các chân kết nối điện
Silinder là thiết bị dạng trục lăn, được sử dụng để tạo ra các băng chuyền giúp di chuyển các vật phẩm đặt trên đó Thiết bị này rất phù hợp cho các nhà máy sản xuất tại Việt Nam.
*Ta có một số hình ảnh của cylinder như sau:
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng
1.3 - Mô tả hoạt động hệ thống
Sau khi hoàn tất quá trình chiết rót, chai sẽ được chuyển đến khâu đóng nắp thông qua hệ thống băng tải Khâu đóng nắp là bước tiếp theo trong quy trình sản xuất.
Trong quá trình chiết rót, chai có thể bị nứt nhưng không vỡ, và chai nứt sẽ không được xuất ra thị trường vì lý do thẩm mỹ Để phát hiện chai nứt, một cảm biến siêu âm sẽ được sử dụng Bên cạnh đó, cảm biến quang sẽ giúp nhận diện chai không có nước hoặc chưa đầy nước Những chai nứt và chai không đạt yêu cầu sẽ được đẩy xuống ngăn chứa phế phẩm bằng Cylinder.
Các chai đạt tiêu chuẩn chất lượng sẽ được chuyển đi qua băng tải Khi chai đến vị trí đóng nắp, cảm biến tiệm cận sẽ phát hiện và kích hoạt cylinder kẹp chai Đồng thời, một cylinder khác sẽ tịnh tiến xuống để đóng nắp chai Đối với nắp chai, khi cảm biến kiểm tra nắp nguyên phát tín hiệu, van sẽ nhả nắp xuống cylinder dập nắp chai.
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng
1.4– Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống đóng nắp chai
Giới thiệu tập lệnh cơ bản , thiết bị điều khiển lập trình và chương trình điều khiển hệ thống Tự động đóng nắp chai trên S7
khiển hệ thống Tự động đóng nắp chai trên S7 -200 2.1- Giới thiệu thiết bị điều khiển lập trình PLC
END Đưa vào Cylinder đóng nắp Đóng nắp
Cylinder đẩy chai phế phẩm phế phẩm kẹp được
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng
PLC, viết tắt của Bộ điều khiển logic khả trình, là thiết bị cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Bộ điều khiển này đáp ứng các yêu cầu điều khiển chính xác và hiệu quả trong các hệ thống tự động hóa.
- Lập trình dễ dàng vì ngôn ngữ lập trình dễ học
- Gọn nhẹ, dễ dàng tu sửa, bảo quản
- Dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa được những chương trình phức tạp
- Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp
- Giao tiếp với các thiết bị thông tin, máy tính, nối mạng các modul mở rộng
Bộ điều khiển lập trình PLC được thiết kế để thay thế phương pháp điều khiển truyền thống bằng rơle và thiết bị cồng kềnh, mang lại khả năng điều khiển thiết bị một cách dễ dàng và linh hoạt thông qua lập trình các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn thực hiện các tác vụ định thì và đếm, nâng cao khả năng điều khiển, thực hiện logic đã lập trong chương trình và cung cấp tín hiệu điều khiển cho các thiết bị bên ngoài tương ứng.
Trong công nghiệp, hệ thống điều khiển số trước đây chủ yếu dựa vào rơle và mạch logic điện tử được kết nối theo nguyên lý hoạt động của hệ thống Điều này có nghĩa là mối quan hệ giữa các biến vào và biến ra được xác định bởi một hàm số, mà hàm số này được quy định bởi luật kết nối giữa các phần tử logic.
Hàm f trong hệ thống điều khiển xác định được xác định bởi các biến đầu vào (x1, x2, xn) và đầu ra (y1, y2, yn) Đối với các hệ thống đơn giản và độc lập, việc sử dụng các phần tử liên kết cứng mang lại lợi thế về chi phí Tuy nhiên, trong các hệ thống điều khiển phức tạp với nhiều chức năng, cấu trúc cứng thường gặp phải nhiều nhược điểm.
- Hệ thống cồng kềnh, đầu nối phức tạp dẫn đến độ tin cậy kém
- Trường hợp cần thay đổi chức năng của hệ thống hoặc sửa chữa các hư hỏng thì phải dừng cả hệ thống để đấu nối
Sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử đã dẫn đến việc chế tạo các hệ vi xử lý tiên tiến, trong đó bộ điều khiển logic có khả năng lập trình (PLC) đã ra đời, khắc phục nhiều nhược điểm của các hệ điều khiển cứng trước đây Việc sử dụng PLC hiện nay đã trở nên phổ biến trong ngành công nghiệp tự động hóa nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
Giảm thiểu việc kết nối dây trong thiết kế hệ thống bằng cách thực hiện giá trị logic của nhiệm vụ điều khiển trực tiếp trong chương trình, thay vì thông qua đấu nối dây.
- Tính mềm dẻo cao trong hệ thống
Hình 2.1: Nguyên lý chung về cấu trúc của bộ PLC
Trạng thái tín hiệu đầu vào được nhận diện và lưu trữ trong bộ nhớ, cho phép PLC thực hiện các lệnh logic đã được lập trình Quá trình này giúp xử lý tín hiệu từ máy và tạo ra các tín hiệu đầu ra nhằm điều khiển các thiết bị liên quan.
Cổng ngắt và đếm tốc độ cao
Khối vi xử lý trung tâm + Hệ điều hành
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Sinh viên: Hồ Đình Hưng
Cấu trúc của PLC thường được thiết kế theo hai dạng: cho các PLC cỡ nhỏ, các bộ phận thường được kết hợp thành một khối; trong khi đó, một số loại PLC được thiết kế theo mô-đun, cho phép người sử dụng tùy chọn cấu hình phù hợp với nhu cầu ứng dụng và tiết kiệm chi phí.
Một bộ PLC có thể có nhiều mô đun nhưng thành phần cơ bản nhất của phần cứng trong bộ PLC bao giờ cũng có các khối sau:
Bộ nhớ trong EPROM Tuỳ chọn
Bộ nhớ chương trình EPROM
CPU bộ vi xử lí Clock
Bộ nhớ hệ thống ROM
Bộ nhớ dữ liệu RA
Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc phần cứng của bộ lập trình PLC
PLC bao gồm bốn khối chính: khối nguồn, khối vi xử lý - bộ nhớ, khối đầu vào và khối đầu ra Các tín hiệu đầu vào và đầu ra thường ở dạng số (1-0), nhưng nếu cần xử lý tín hiệu liên tục, thì phải sử dụng các khối xuất nhập ở dạng liên tục (Analog) Khối nguồn (Module) đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống.
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng
Bộ nguồn là khối chức năng cung cấp và ổn định điện áp cho PLC, với điện áp phổ biến trong công nghiệp là 24V một chiều, mặc dù một số bộ PLC cũng sử dụng điện áp 220V xoay chiều Mô đun CPU (Central Processor Unit module) là thành phần quan trọng trong hệ thống PLC.
Bao gồm bộ vi xử lý và bộ nhớ:
Bộ vi xử lý (CPU) là bộ não của PLC, chịu trách nhiệm điều khiển và kiểm soát mọi hoạt động bên trong CPU thực hiện các lệnh đã được lập trình và lưu trữ trong bộ nhớ, đồng thời kết nối thông qua hệ thống BUS với bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập Tần số đồng bộ cho CPU được cung cấp bởi tinh thể thạch anh bên ngoài hoặc bộ giao động RC.
Mạch dao động tạo ra tần số dao động 118 MHZ, tùy thuộc vào bộ vi xử lý và phạm vi sử dụng Một CPU bao gồm ba thành phần riêng biệt.
+ Bộ điều khiển (CU – Control Unit) gồm khối soạn lệnh và ngăn xếp có nhiệm vụ lấy lệnh ra từ bộ nhớ và xác định kiểu lệnh
Bộ lý luận và số học (AIU) thực hiện các phép toán số học và logic như cộng, trừ, AND, OR, NOT, trong khi bộ nhớ tốc độ cao với kích thước nhỏ lưu trữ các kết quả tạm thời và thông tin điều khiển.
Bộ nhớ máy tính bao gồm hai thành phần chính: bộ nhớ chứa chương trình và bộ nhớ dữ liệu Đơn vị nhỏ nhất của bộ nhớ là bít, có giá trị “1” hoặc “0” Nhiều bít được sắp xếp theo hàng và cột để tạo thành các khối bộ nhớ Nội dung trong bộ nhớ có thể được đọc và ghi, với mỗi bít được gán một địa chỉ riêng để thuận tiện cho việc quản lý.
Có hai loại bộ nhớ như sau:
Bộ nhớ RAM (Random Access Memory) là thành phần chính trong mọi máy tính, bao gồm cả PLC, nhờ vào dung lượng lớn và giá thành hợp lý RAM cho phép đọc và ghi chương trình một cách dễ dàng, nhưng dữ liệu sẽ bị xóa khi có sự cố về điện Để duy trì chương trình điều khiển trong bộ nhớ RAM, người ta thường sử dụng nguồn pin để nuôi bộ nhớ Đối với việc lưu trữ lâu dài, cần chọn loại pin chất lượng cao.
Sơ đồ mạch động lực và điều khiển tự động đóng nắp chai bằng PLC S7 – 200
Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống tự động đóng nắp chai
1, Lựa chọn thiết bị điều khiển
2, Bảng phân công đầu vào đầu ra: é2 é1 a, Đầu vào:
Bảng: quy định ngõ vào
1 DC I0.0 Dừng hệ thống băng chuyền chai
2 SC I0.1 Mở hệ thống băng chuyền chai chạy
3 S1 I0.2 Cảm biến phát hiện chai nứt
4 S2 I0.3 Cảm biến phát hiện chai chưa đầy
5 S3 I0.4 Cảm biến kiểm tra chai thành phẩm
6 DN I0.5 Dừng băng tải chuyền nắp
7 SN I0.6 Chạy băng tải chuyền nắp
8 S4 I0.7 Cảm biến phát hiện nắp hỏng
9 S5 I1.0 Cảm biến phát hiện nắp nguyên b, Đầu ra:
Bảng quy định ngõ ra
2 BT2 Q0.1 Băng chuyền nắp chai
3 Cylinder1 Q0.2 Cơ cấu đẩy thải sản phẩm
4 Cylinder2 Q0.3 Cơ cấu kẹp chai
5 Cylinder3 Q0.4 Cơ cấu đóng nắp chai
6 Cylinder4 Q0.5 Cơ cấu đẩy nắp hỏng
7 Den1 Q0.6 Đèn báo phát hiện chai nứt
8 Den2 Q0.7 Đèn báo phát hiện chai chưa đầy
9 Den3 Q1.0 Đèn báo phát hiện chai thành phẩm
10 Den4 Q1.1 Đèn báo phát hiện nắp hỏng
11 Den5 Q1.2 Đèn báo phát hiện nắp nguyên
12 VAN Q1.3 Van nhả nắp xuống Cylinder đóng nắp chai
3.Viết chương trình điều khiển :
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng a, Dùng bằng Ladder:
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng b, Dùng bằng STL:
NETWORK 1 //Start/Stop bang tai chuyen chai //
NETWORK 2 //Start/ Stop bang tai chuyen nap chai //
NETWORK 3 //bang chuyen chai chay //
NETWORK 4 //cam bien phat hien chai hong //
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng
NETWORK 5 //Den bao phat hien chai nut //
NETWORK 6 //Den bao phat hien chai chua day //
NETWORK 7 //cylinder 1 day chai hong //
NETWORK 8 //Den bao phat hien chai thanh pham //
NETWORK 9 //dung bang chuyen de kep chai //
NETWORK 11 //dung bang chuyen de dong nap chai //
NETWORK 13 //bang tai chuyen nap chai //
NETWORK 14 //cam bien phat hien nap chai hong //
Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Anh Tuấn Hồ Đình Hưng
NETWORK 15 //Den bao phat hien nap chai hong //
NETWORK 16 //day nap chai hong //
NETWORK 17 //Den bao phat hien nap nguyen //
NETWORK 18 //VAN nha nap xuong Cylinder dong nap chai //
Trang bị điện hệ thống tự động đóng nắp chai 4.1 Thiết bị dùng trong hệ thống:
Hệ thống đóng nắp chai bao gồm hai băng chuyền: một băng chuyền cho chai và một băng chuyền cho nắp chai Động cơ được sử dụng để vận hành băng chuyền là loại động cơ hoạt động ngắn hạn và lặp lại.
Hệ thống sử dụng cảm biến siêu âm để phát hiện chai nứt, kết hợp với cảm biến quang nhằm kiểm tra tình trạng đầy hay không Ngoài ra, cảm biến tiệm cận được sử dụng để phát hiện chai thành phẩm, trong khi các cảm biến quang khác giúp nhận diện nắp hỏng và nắp nguyên.
Cơ cấu đẩy chai hỏng, cơ cấu kẹp chai, cơ cấu dập nắp chai, cơ cấu đẩy nắp hỏng được sử dụng trong hệ thống là Cylinder
4.2 Những chú ý khi vận hành và thay thế, sữa chữa kết luận:
Khi sữa chữa phải thay thế những thiết bị có thông số kỹ thuật tương đương với thiết bị cũ, riêng PLC- S7-200 có thể thay thế bằng Logo
Trong quá trình vận hành cần có chế độ bảo dưỡng định kỳ và bảo đảm vệ sinh công nghiệp.
