SVTH: Lâm Hoàng Huấn

Mục lục
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ........................................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................................. 1
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................................ 1
1.2.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................. 1
1.2.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................ 1
1.3. Phương pháp nguyên cứu......................................................................................... 1
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiển đề tài ....................................................................... 2
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ........................................................................................... 3
2.1. Các công trình nghiên cứu liên quan ...................................................................... 3
2.1.1.

Đồ án quy trình sản xuất nước đóng chai....................................................... 3

2.1.2.

Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự động......... 4

2.1.3.

Đồ án chiết rót và lưu kho tự động của sinh viên trường SPKT ................... 6

2.2. Giới thiệu về PLC MISUBISHI FX3u -32M .......................................................... 8
2.2.1.

Giới thiệu ............................................................................................................ 8

2.2.2.

Cấu trúc................................................................................................................ 9

2.2.3.

Một số tập lệnh cơ bản: ................................................................................... 15

2.2.4.

Một số tập lệnh nâng cao ................................................................................ 26

2.3. OPC Server. ............................................................................................................. 31
2.4. Các phần mềm sử dụng .......................................................................................... 32
2.4.1. Phần mềm Intouch Wonderware ........................................................................ 32
2.4.2. GX Works2 ............................................................................................................ 34
2.4.3. KEPServerEX và phần mềm DeviceXPlorer OPC Server ............................... 38
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG........................................................................ 39
3.1. Sơ đồ khối ................................................................................................................ 39
3.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................................................... 39
3.3. Lưu đồ giải thuật ..................................................................................................... 40
3.4. Chọn thiết bị cho hệ thống ..................................................................................... 43
3.5. Thiết kế và thi công mô hình .................................................................................. 46
3.6. Bảng phân công vào ra plc ..................................................................................... 48
CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN........................................................................................................ 49
4.1. Kết quả ..................................................................................................................... 50


SVTH: Lâm Hoàng Huấn
4.2. Ưu điểm .................................................................................................................... 50
4.3. Khuyết điểm ............................................................................................................ 50
4.4. Hướng phát triển của đề tài ................................................................................... 50

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 52
PHỤ LỤC..................................................................................................................................... 53


SVTH: Lâm Hoàng Huấn

Số hiệu

Tên hình vẽ

trang

2.1

Đồ án quy trình sản xuất nước đóng chai

3

2.2

Mô phỏng quá trình sản xuất nước đóng

6

2.3

Phần chiết rót và đóng nắp chai

7


2.4

Lưu kho tự động

8

2.5

PLC Mitsubishi FX3U

10

2.6

Cấu trúc phần cứng PLC FX3u

10

2.7

Chuẩn OPC

31

2.8

Giao diện phần mềm IntouchWonderware

33


2.9

Giao diện phần mềm CX work3

34

2.10

Phần mềm KepServerEX

38

2.11

Phần mềm DeviceXPlorer OPC Server

38

3.1

Sơ đồ khối

39

3.2

Cấu trúc giao tiếp PLC - PC

40


3.3

Lưu đồ giải thuật hệ thống - 1

41

3.4

Lưu đồ giải thuật hệ thống - 2

42

3.5

Băng chuyền của hệ thống

43

3.6

Động cơ DC có hộp số

44

3.7

Cảm biến quang E18- D50NK

44


3.8

Động cơ bơm

45

3.9

Xilanh khí nén

45

3.10

Van điện từ 4 chiều

45

3.11

Động cơ có hộp số GAN20

46

3.12

Thiết kế bố trí vị trí thiết bị

46


3.13

Thiết kế bố trí vị trí thiết bị - 2

47

3.14

Tủ điều khiển (PLC)

47

3.15

Phần cứng tổng thể

48

3.16

Sơ đồ phần cứng

49

Bảng 1: Danh mục hình ảnh


SVTH: Lâm Hoàng Huấn

Bảng 2: danh mục bảng biểu

Số hiệu

Tên bảng

trang

3.1

Bảng phân công vào ra

49

4.1

So sánh với quy trình sản xuất theo phương

51

pháp truyền thống cũ


SVTH: Lâm Hoàng Huấn

1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.1. Đặt vấn đề
Hiện nay sự tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới diễn ra nhanh chóng, với sự ra
đời của hàng loạt những sản phẩm mới ứng dụng những tiến bộ ở những nước phát

triển như Mitsubishi, siemens, omron, Rockwell,... Những năm gần đây kĩ thuật
điều khiển phát triển mạnh mẽ, có nhiều công nghệ điều khiển mới được ra đời để
thay thế cho những công nghệ đã lỗi thời. Nhằm bắt kịp với tiến bộ khoa học kĩ
thuật trên thế giới cũng như đáp ứng yêu cầu CNH_HĐH đất nước thì ngành công
nghiệp Việt Nam đã và dần dần hạn chế dần lao động chân tay qua đó tiết kiệm
được sức người, nâng cao được hiệu quả và năng suất của công ty, đảm bảo an toàn
sức khỏe cho người lao động trong các môi trường nguy hiểm và độc hại.
Các thiết bị công nghệ tiên tiến với hệ thống điều khiển lập trình PLC, Vi xử lý,
vi điều khiển, điện khí nén, …. Đang được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
như các dây truyền xản xuất nước ngọt, nước suối, chế biến thức ăn gia xúc, máy
điều khiển theo quy trình CNC, PLC,...
Một trong những loại thiết bị có ứng dụng mạnh mẽ và đảm bảo có độ tin cậy cao
là hệ thống điều khiển tự động PLC. Với đề tài “Thiết kế mô hình hệ thống đóng
nắp chai ”. Bởi vì hiện trạng các hệ thống sản xuất nước ở một số nơi còn còn sử
dụng lao động tay và với phương pháp thủ công lạc hậu, còn các quy trình sản xuất
nước hiện đại tự động thì còn ít đa phần được sử dụng ở các công ty sản xuất lớn vì
giá thành cao. Chúng em đã nghiên cứu và vận dụng được những ưu điểm của hệ
thống điều khiển này có để có hiệu quả cao. Điều đặc biệt là ý tưởng này được giúp
ứng dụng trong thực tế rất nhiều.

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.2.1.Đối tượng nghiên cứu
- Thiết kế mô hình hệ thống đóng nắp chai

1.2.2.Phạm vi nghiên cứu
-

Ứng dụng PLC và các thiết bị cảm biến tạo thành một hệ thống sản xuất

nước nhỏ.

-

Kết hợp điều khiển giám sát bằng máy tính

1.3. Phương pháp nguyên cứu


SVTH: Lâm Hoàng Huấn

2

-

Phương pháp tìm kiếm nghiên cứu tài liệu

-

Phương pháp thực nghiệm

1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiển đề tài
Hiện nay có rất nhiều cở sở sản xuất nước đóng chai hoạt động, tuy nhiên đa
phần các cơ sở sử dụng phương pháp thủ công nên việc xây dựng một hệ thống sản
xuất nước đóng chai giá rẻ một cách hiệu quả là một phần không thể thiếu để tăng
năng suất cũng như hạn chế được lao động bằng tay cho công ty vừa và nhỏ.
Hệ thống đóng nắp chai giúp thay thế một số công đoạn làm bằng tay sang sử
dụng máy.
Tại việt nam, hệ thống đóng nắp chai đã xuất hiện từ khá lâu nhưng còn ít đa
phần ở chỉ được sử dụng ở các công ty lớn.



SVTH: Lâm Hoàng Huấn

3

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1.

Các công trình nghiên cứu liên quan

2.1.1. Đồ án quy trình sản xuất nước đóng chai
-

Dây chuyền được sử dụng chính trong công nghệ sản xuất các loại đồ uống.

-

Dây chuyền có 3 công đoạn: rửa chai, chiết rót, đóng nắp chai được hoàn

thành ngay trên một máy.
-

Tất cả các dây chuyền điều tự động hóa. Máy được sử dụng để sản xuất nước

hoa quả, nước khoáng, nước tính khiết,.. trong các loại chai nhựa tổng hợp và thủy
tinh. Các công đoạn chiết rót bằng phương thức mới (công đoạn chiết với công suất
nén nhỏ) nhanh hơn và ổn định hơn. Sử dụng PLC Omron trong bộ điều khiển của
máy để điều khiển máy chạy tự động, trong khi sự vận hành của băng chuyền đưa
chai vào máy với tốc độ có thể điều chỉnh được. Nước sử dụng hai đầu nước vào và
1 đâu nước ra. Đầu nước vào để rửa chai và 1 đầu nước để chiết. Sau khi được qua
công đoạn rửa chai nước được chuyển qua phần chiết nước với định lượng đã được

đặt trước rồi được chuyển sang phần xoắn nắp.
-

Dây chuyền bao gồm: bộ phận dùng để thanh trùng, tẩy rửa loại bỏ các chất

phóng xạ, muối, phụ da thực phẩm,...

Hình 2.1: Đồ án quy trình sản xuất nước đóng chai


SVTH: Lâm Hoàng Huấn

4

2.1.2. Đồ án tốt nghiệp cơ điện tử hệ thống chiết rót đóng nắp chai tự

động
Thiết bị khả trình PLC mà tôi sử dụng để viết chương trình điều khiển đóng nắp
chai trong đồ án này là PLC S7 -200 của hãng Siemens - Đức.
Yêu cầu công nghệ
+ Hai băng tải: Băng tải 1: chuyền chai, 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 kẹp chai. Cylinder tịnh tiến đóng nắp chai. Cylinder đẩy nắp chai
hỏng
+ Một cái van nhả nắp xuống Cylinder đóng nắp
Một số loại cảm biến siêu âm Cảm biến siên âm có nhiều loại, tùy theo công

dụng như để nhận biết vật trong khoảng cách gần hay xa, nhận biết các vật có tính
chất khác nhau và trong những điều kiện hoạt động khác nhau mà người ta chế tạo
các loại cảm biến siêu âm cũng khác nhau. Cảm biến siêu âm và nguyên tắc TOF
(Time Of Flight) sóng siêu âm được truyền đi trong không khí với vận tốc khoảng
343m/s. Nếu một cảm biến phát ra sóng siêu âm và thu về các sóng phản xạ đồng
thời, đo được khoảng thời gian từ lúc phát đi tới lúc thu về, thì máy tính có thể xác
định được quãng đường mà sóng đã di chuyển trong không gian. Quãng đường di
chuyển của sóng sẽ bằng 2 lần khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngoại vật, theo
hướng phát của sóng siêu âm.Hay khoảng cách từ cảm biến tới chướng ngại vật sẽ
được tính theo nguyên lý TOF: d = v • t/2 Tầm quét của cảm biến siêu âm : Cảm
biến siêu âm có thể được mô hình hóa thành một hình quạt, trong đó các điểm ở
giữa dường như không có chướng ngại vật, còn các điểm trên biên thì dường như có
chướng ngại vật nằm ở đâu đó. Thông số một số loại cảm biến siêu âm SRF: Ước
tính góc của hình nón cảm biến ở 1 / 2 cảm biến: Số vang ghi lại bởi cảm biến.


SVTH: Lâm Hoàng Huấn

5

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.
Một số loại cảm biến tiệm cận Cảm biến tiệm cận là giải pháp đủ khả năng và
chung nhất để phát hiện đối tượng mà không cần chạm vào. Cảm biến tiệm cận
được sử dụng phổ biến nhất là loại cảm ứng từ, nó phát ra một trường điện từ để

phát hiện đối tượng kim loại đi qua gần bề mặt của nó. Đây là cách thông thường dễ
nhất mà kỹ thuật cảm biến áp dụng cho những ứng dụng phát hiện đối tượng kim
loại trong phạm vi một hoặc hai inch của bề mặt cảm biến. Cảm biến tiệm cận của
Autonics có 12 chủng loại gồm 6 loại khác nhau, cảm ứng từ và điện dung, và duy
trì vị trí số 1 thị trường Hàn Quốc hơn 10 năm qua, và vẫn nỗ lực để cải tiến chất
lượng sản phẩm và độ tin cậy cảm biến lên mức cao nhất của thị trường toàn cầu.
Nếu bạn đang tìm kiếm loại cảm biến tiệm cận đáng tin cậy và giá cả hợp lý,
Autonics là câu trả lời. CR Series : Cảm biến tiệm cận loại điện dung PFI Series :
Cảm biến tiệm cận loại dẹp PT Series: Hộp mối nối
Một số loại cảm biến quang Các thiết bị chuyển mạch quang điện có thể vận
hành theo kiểu truyền phát, vật thể cần phát hiện sẽ chắn chùm sáng không cho
chúng chiếu tới thiết bị dò hoặc theo kiểu phát xạ vật thể cần phát hiện sẽ phản
chiếu chùm sáng lên thiết bị dò. Trong cả hai kiểu, cực phát bức xạ thông thường
gọi là điốt phát quang (LED) thiết bị dò bức xạ có thể là các transistor quang thường
là một cặp transistor. Cặp transistor này làm tăng độ nhạy của thiết bị tuỳ theo mạch
được sử dụng đầu ra có thể được chế tạo để chuyển mạch đến mức cao hoặc mức
thấp sau khi ánh sáng truyền đến transistor. Các bộ cảm biến được cung cấp dưới
dạng các hộp cảm nhận sự có mặt của vật thể ở khoảng cách ngắn.
Cylinder Cylinder là một thiết bị giống như trục lăn, dùng để làm những băng
chuyền dể di chuyển những vật đặt trên nó. Thiết bị này đặc biệt phù hợp với những
nhà máy sản xuất ở Việt Nam chúng ta.


SVTH: Lâm Hoàng Huấn

6

Mô tả hoạt động hệ thống Sau khi qua khâu chiết rót, chai được băng tải chuyển
đến khâu đóng nắp. Như vậy, bắt đầu qua khâu chiết rót thì khâu tiếp theo sẽ được
mô tả như sau: Chai đi từ khâu chiết rót có thể sẽ có chai bị nứt ( không vỡ, vì muốn

chiết rót nước vào chai thì trước đó khâu chiết rót phải phát hiện chai bị bể, vỡ
trước), vì chai nứt thì vẫn có thể chứa nước nhưng không đẹp về thẩm mỹ nên sẽ
không được xuất ra thị trường, vì vậy chai nứt sẽ bị loại ở khâu này (hoặc vẫn có
thể sẽ bị loại ở khâu chiết rót). Vậy, một cảm biến siêu âm sẽ được đặt để phát hiện
chai bị nứt. Một cảm biến quang sẽ được đặt để phát hiện chai không có nước hoặc
chưa đầy nước.Chai nứt và chai không có nước hoặc chưa đầy nước sau khi được
cảm biến phát hiện sẽ bị Cylinder đẩy xuống ngăn chứa phế phẩm. Các chai đảm
bảo chất lượng tiếp tục được băng tải chuyển đi. Khi chai đi đến chỗ đóng nắp sẽ có
một cảm biến tiệm cận phát hiện, và sẽ có một cylinder kẹp chai lại, cùng lúc đó sẽ
có một cylinder tịnh tiến xuống đóng nắp chai. Về nắp chai, khi có tín hiệu của cảm
biến kiểm tra nắp nguyên thì van sẽ nhả nắp xuống Cylinder dập nắp chai

Hình 2.2: Mô phỏng quá trình sản xuất nước đóng

2.1.3. Đồ án chiết rót và lưu kho tự động của sinh viên trường SPKT
Hệ thống sử dụng PLC Siemen S7 500
Hệ thống hoạt động với 3 công đoạn:


SVTH: Lâm Hoàng Huấn

-

7

Băng chuyền đưa chai nước sẽ có cơ cấu kẹp giữ chặt chai nước, sau đó

nước sẽ được bơm vào chai
-


Chai nước sẽ đi vào vị trí lấy nắp (cơ cấu vướng nắp chai) sau khi qua vị trí

này nắp sẽ nằm trên miệng của chai nước.
-

Chai nước lấy được nắp di chuyển qua bộ phận đóng nắp chai có sử dụng khí

nén và động cơ xoắn nắp. Lúc này cảm biến ở vị trí đóng nắp phát hiện và điều
khiển khí nén đóng xuống và động cơ xoắn nắp sẽ xoắn nắp theo thời gian quy định
trong chương trình PLC.

Hình 2.3: Phần chiết rót và đóng nắp chai

-

Cuối cùng theo thanh dẫn hướng ra băng chuyền và được xilanh khí nén đưa

ngang vào vị trí tay kẹp và khi cảm biến đếm số lượng đủ 6 chai nước van khí của
tay kẹp sẽ tác động và kẹp cổ của 6 chai, mặt bằng ở phía dưới chai nước mở ra và
các xilanh đưa chai nước hoàn chỉnh xuống hệ thống lưu kho được bố trí ở bên
dưới mô hình .


SVTH: Lâm Hoàng Huấn

52

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Hoàng Vinh – Đào Duy Khương - Vô Thị Ánh Tuyết - Trần Thị Thu

Thủy (2006), Giáo trình PLC Mitsubishi
[2] Nguyễn Thị Phương Hà (2009), Lý thuyết điều khiển hiện đại, NXB ĐH
Quốc Gia ,Thành Phố Hồ Chí Minh.
[3] />[4] />[5] />[6] />[7] />[8] />