TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH CHIẾT RÓT
VÀ ĐÓNG NẮP CHAI

Sinh viên thực hiện

:

LÊ MINH ĐỨC

Lớp

:

54K1 - KTĐK&TĐH

Giảng viên hướng dẫn :

ThS. LÊ VĂN CHƯƠNG

Nghệ An, 5-2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

VIỆN KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH CHIẾT RÓT
VÀ ĐÓNG NẮP CHAI

Sinh viên thực hiện

:

LÊ MINH ĐỨC

Lớp

:

54K1 - KTĐK&TĐH

Giảng viên hướng dẫn :

ThS. LÊ VĂN CHƯƠNG

Cán bộ phản biện


ThS. HỒ SỸ PHƯƠNG

:

Nghệ An, 5-2018


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo chuyên ngành
Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa, viện Kỹ thuật và Cơng nghệ những người đã
tận tình giảng dạy cho em những kiến thức quý báu để em có hành trang kiến thức
bước vào đời. Đặc biệt em xin cảm ơn tới thầy giáo Th.S Lê Văn Chương người đã
tận tình trực tiếp hướng dẫn em trong q trình hồn thiện đồ án tốt nghiệp này.
Em xin cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã là nguồn động viên và giúp đỡ em trong
suốt quá trình học tập và thực hiện đồ án.
Do còn nhiều hạn chế về kiến thức và thời gian nên cịn nhiều thiếu sót. Em rất
mong nhận được sự góp ý của q thầy cơ và bạn bè để em có thể hồn thiện bản đồ
án hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.!
Người thực hiện
Lê Minh Đức


TĨM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án “Thiết kế, chế tạo mơ hình chiết rót và đóng nắp chai ” nhằm đáp
ứng nhu cầu của công nghiệp sản xuất nước giải khát, đồ uống....Mơ hình sản xuất
của hệ thống được xây dựng đơn giản, giá thành hạ, hoạt động ổn định và có nhiều
ứng dụng trong thực tế.


SUMMARY OF THE COURT
Project "Designing, manufacturing bottling and capping model" to meet
the needs of the beverage industry, beverages ....Production model of the system is
simple, low cost, stable operation and many applications in reality.


MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH VẼ
DANH SÁCH CÁC BẢNG
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐÓNG NẮP
SẢN PHẨM................................................................................................................2
1.1. Giới thiệu chung ..................................................................................................2
1.2. Yêu cầu của hệ thống ..........................................................................................2
1.3. Các hệ thống chiết rót đóng nắp sản phẩm .........................................................3
1.4. Các cơng nghệ trên dây chuyền chiết rót và đóng nắp .......................................8
1.4.1. Kiểm tra khuyết tật chai ...................................................................................8
1.4.2. Chiết nước vào chai..........................................................................................9
1.4.3. Đóng nắp chai .................................................................................................11
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300 VÀ WINCC ...............................13
2.1. Giới thiệu chung .................................................................................................13
2.1.1. Các modul PLC S7-300 ..................................................................................14
2.1.1.1. Modul CPU ..................................................................................................14
2.1.1.2. Modul mở rộng.............................................................................................15
2.1.2. Các Tín hiệu kết nối với PLC .........................................................................17
2.2. Ngơn ngữ lập trình .............................................................................................18
2.3. Tập Lệnh S7-300 ................................................................................................19
2.3.1. Lệnh về timer ..................................................................................................19

2.3.2. Bộ đếm Counter ..............................................................................................21
2.3.3. Lệnh so sánh ....................................................................................................23
2.3.4. Các lệnh về số học...........................................................................................23


2.3.5. Lệnh di chuyển ................................................................................................24
2.3.6. Lệnh dịch bit ...................................................................................................24
2.4. Giới thiệu về WINCC ........................................................................................24
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH CHIẾT RĨT VÀ ĐĨNG NẮP
SẢN PHẨM SỬ DỤNG PLC S7-300 .....................................................................30
3.1. Phân tích yêu cầu thiết kế..................................................................................30
3.2. Sơ đồ khối hệ thống ..........................................................................................31
3.3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý ....................................................................................32
3.3.1. PLC S7-300 .....................................................................................................32
3.3.2. Động cơ 1 chiều có giảm tốc ...........................................................................33
3.3.3. Bơm mini một chiều ........................................................................................35
3.3.4. Cảm biến tiệm cận ..........................................................................................36
3.3.5. Van điện từ ......................................................................................................38
3.3.6. Xi lanh khí nén ...............................................................................................39
3.3.7. Relay trung gian ..............................................................................................41
3.3.8. Nút nhấn .........................................................................................................42
3.4. Lập trình phần mềm PLC và WinCC .................................................................43
3.4.1. Lưu đồ thuật toán ............................................................................................43
3.4.2. Phân công vào ra và lập bảng đồ tài nguyên. ..................................................44
3.4.3. Thiết kế mô phỏng trên WinCC. .....................................................................51
3.5. Chế tạo và thử nghiệm .......................................................................................55
KẾT LUẬN ..............................................................................................................57
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................59
BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH ..................................................60



DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 1.1 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai CRA-4 ................................................3
Hình 1.2 Hệ thống chiết rót chân khơng CRAV 10/16 ...............................................5
Hình 1.3 Hệ thống chiết rót, đóng nắp sữa .................................................................6
Hình 1.4 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động ...............................................7
Hình 1.5 Máy kiểm tra khuyết tật chai ........................................................................8
Hình 1.6 Máy chiết bàn quay ......................................................................................9
Hình 1.7 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay ..................................................11
Hình 1.8 Cảm biến phản quang .................................................................................11
Hình 2.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-300 ..........................................................14
Hình 2.2 Một số CPU của PLC S7-300 ....................................................................15
Hình 2.3 Các loại modul mở rộng của S7-300..........................................................17
Hình 2.4 Cấu trúc của một bộ điều khiển PLC .........................................................18
Hình 2.5 Giao diện phần mềm wincc ........................................................................26
Hình 2.6 Bộ soạn thảo trong wincc ...........................................................................27
Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống ...................................................................................32
Hình 3.2 Hình ảnh thực tế PLC S7-300 ....................................................................32
Hình 3.3 Bộ bánh răng trong động cơ giảm tốc ........................................................34
Hình 3.4 Động cơ 1 chiều có giảm tốc ......................................................................34
Hình 3.5 Bơm một chiều mini ...................................................................................35
Hình 3.6 Cấu tạo của cảm biến tiệm cận ...................................................................36
Hình 3.7 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tiệm cận .............................................37
Hình 3.8 Hình ảnh thực tế của cảm biến ...................................................................37
Hình 3.9 Van điện từ .................................................................................................38
Hình3.10 Sơ đồ nguyên lý của van điện từ khí nén ..................................................39
Hình 3.11 Xi lanh khí nén .........................................................................................40



Hình 3.12 Ngun lý làm việc của xy lanh khí nén ..................................................40
Hình 3.13 Relay trung gian .......................................................................................41
Hình3.14 Sơ đồ nguyên lý của rơle trung gian .........................................................42
Hình 3.15 Nút nhấn ...................................................................................................42
Hình 3.16 Lưu đồ thuật tốn chiết và đóng nắp rút gọn ...........................................43
Hình 3.17 Giao diện đặt tên chương trình .................................................................44
Hình 3.18 Giao diện chọn cấu hình kết nối ...............................................................45
Hình 3.19 Giao diện chọn modun cấu hình phần cứng .............................................45
Hình 3.20 Giao diện chọn ngơn ngữ lập trình ...........................................................46
Hình 3.21 Giao diện viết chương trình cho PLC ......................................................46
Hình 3.22 Giao diện PLC-SIM .................................................................................47
Hình 3.23 Chương trình điều khiển hệ thống trên PLC S7-300. ..............................51
Hình 3.24 Nơi khai báo các biến ở tag ngoại kết nối với PLC .................................51
Hình 3.25 Nơi khai báo các biến ở tag nội WinCC ..................................................52
Hình 3.26 Thiết kế giao diện trên WinCC ................................................................52
Hình 3.27 Nút nhấn dùng để điều khiển ...................................................................52
Hình 3.28 Giao diện của chương trình chiết rót và đóng nắp ...................................53
Hình 3.29 Nơi viết chương trình để mơ phỏng chuyển động ...................................54
Hình 3.30 Mặt sau của mơ hình ................................................................................55
Hình 3.31 Mặt trước của mơ hình .............................................................................56


DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống CRA-4 .....................................................4
Bảng 1.2 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống CRAV 10/16 ...........................................5
Bảng 3.1 Bảng đồ tài nguyên ....................................................................................44


DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT


PVC

Polyvinyl chloride

Vật liệu dẻo tổng hợp.

ELCB

Earth Leakage Circuit Breaker

Thiết bị điện hỗ trợ

CE

Conformité Européenne

Tuân thủ châu Âu

PLC

Programmable Controller

Điều khiển có thể lập trình

UPS

Uninterruptible Power Supply

Cung cấp điện liên tục


PID

Proportional Integral Derivative

Đạo hàm tích phân tỷ lệ

STL

Statement List

Danh sách báo cáo

SCADA

Supervisory Control And Data Acquisition
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

HMI

Human Machine Interface

Giao diện người máy

WinCC

Windows Control Center

Trung tâm điều khiển



MỞ ĐẦU

Hiện nay q trình tự động hóa trong cơng nghiệp là hết sức quan trọng đối
với sự phát triển của một quốc gia. Với các nước phát triển như Mỹ, Nhật.... thì tự
động hóa khơng cịn xa lạ. Ở các nước này máy móc hầu như đã thay thế lao động
chân tay, số lượng công nhân trong nhà máy đã giảm hẳn và thay vào đó là những
lao động chun mơn, những kỹ sư có tay nghề, điều khiển giám sát trực tiếp q
trình sản xuất trên thơng qua máy tính. Việt Nam là nước đang phát triển thì nhu
cầu hiện đại hóa trong cơng nghiệp là điều hết sức quan trọng đối với sự phát triển
kinh tế cũng như nhu cầu cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Ngày nay, do nhu
cầu của người tiêu dùng, ngành sản xuất nước uống đóng chai đang phát triển cực
kỳ mạnh mẽ. Trong khi đó Việt Nam có rất ít dây chuyền sản xuất hiện đại, đảm
bảo vệ sinh, việc nhập ngoại các dây chuyền sản xuất là rất tốn kém.
Là những sinh viên theo học chuyên ngành “ Kỹ thuật điều khiển và tự động
hóa” cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước
nhà, em muốn được nghiên cứu và tìm hiểu những thành tựu khoa học mới để có
nhiều cơ hội biết thêm về kiến thức thực tế, củng cố kiến thức đã học, phục vụ tốt
cho sự nghiệp cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa. Vì những lí do trên em đã chọn đề tài:
“Thiết kế hệ thống chiết rót và đóng nắp chai”.
Đề tài gồm có các nội dung chính như sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống chiết rót và đóng nắp sản phẩm
Chương 2: Tổng quan về PLC S7-300 và WinCC
Chương 3: Thiết kế, chế tạo mơ hình chiết rót và đóng nắp sản phẩm sử dụng
PLC S7-300

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾT RÓT VÀ ĐĨNG NẮP

SẢN PHẨM

1.1. Giới thiệu chung
Các dây chuyền cơng nghệ sản xuất hiện đại hiện nay thì gần như là hoàn toàn
tự động hoặc bán tự động. Đặc biệt với các ngành nghề địi hỏi độ chính xác cao và
khử trùng tuyệt đối thì việc tham gia 100% của máy móc trong q trình sản xuất sẽ
đáp ứng được các tiêu chí về u cầu cơng nghệ. Trong đó có ngành sản xuất sữa,
nước khoáng, bia với đặc thù được sản xuất trên dây chuyền khép kín, đảm bảo vệ
sinh. Với các cơng nghệ cân đo định lượng chính xác, khâu đóng gói, chiết rót,
đóng nắp, đóng thùng thành phẩm đảm bảo khử trùng.
Có thể thấy các sản phẩm tiêu dùng hiện nay phần lớn đựợc chứa đựng trong
các bao bì dạng chai lọ nhất là trong ngành thực phẩm và hóa mỹ phẩm ví dụ như:
bia, rượu, nước giải khát, dầu gội đầu, nước khoáng với nhiều ưu điểm nổi trội như
giá thành hạ, cứng cáp, tính thẩm mỹ cao, dễ sản xuất. Cũng chính vì lý do này các
hệ thống máy chiết rót, đóng chai tự động được sử dụng rất rộng rãi với nhiều
chủng loại khác nhau.
Dây chuyền được kết hợp giữa các khâu định mức chiết rót, đóng nắp, đếm
sản phẩm. Mỗi khâu là một bộ phận được ghép với nhau thành dây chuyền. Công
nhân chỉ tham gia vào một số công đoạn như xếp chai trên các băng truyền, đóng
thùng và vận hành máy thơng qua các giao diện. Các máy đều có 2 chế độ hoạt
động tự động và điều khiển bằng tay giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt động
của các chức năng.
Tủ điều khiển trung tâm sử dụng PLC S7-300 modul 334 của Siemens: mạch
điều khiển toàn bộ hệ thống định mức và chiết rót. Bảng điều khiển sử dụng các
cơng tắc và nút ấn khi có sự cố xảy ra hệ thống ngắt điện hoàn toàn tự động.
1.2. Yêu cầu của hệ thống
- Phạm vi áp dụng: cơ sở sản xuất sữa, sữa tươi, sữa chưa và các loại nước
uống tinh khiết đóng chai, nước khống hoặc các loại nước uống khác. Chai nước
sử dụng: loại chai PET có dung tích từ 250ml đến 2250ml.


2


- Điện áp sử dụng: 1 pha 220V, 50Hz hay 3 pha 380V, 50 Hz. Dịng tải: tùy
theo cơng suất bơm sử dụng và các thiết bị ngoại vi khác, thơng thường khơng nhỏ
hơn 5A.
- Các biện pháp an tồn điện: hệ thống được thiết kế ELCB chống giật trên
toàn hệ thống và các thiết bị điện khác đạt chuẩn CE. Nút tắt khẩn cấp khi có sự cố
xảy ra.
- Khung sườn thiết bị: được thiết kế bằng thép không gỉ SS304 hoặc SS316,
chịu được lực rung lớn.
- Ống dẫn nước: ông chịu áp lực cao bằng PVC hoặc bằng thép không gỉ 304
(tùy theo yêu cầu thiết kế), đảm bảo an tồn vệ sinh, khơng đóng cặn, gỉ sét và gây
ra các nấm mốc vi sinh.
- Các thiết bị lọc nước: vật tư, thiết bị lọc đạt chuẩn.
1.3. Các hệ thống chiết rót đóng nắp sản phẩm
❖

Một số hình ảnh mơ hình trong thực tế:
Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai CRA-4

Hình 1.1 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai CRA-4
- Máy chiết rót theo nhịp, mỗi nhịp rót 4 chai.
- Định lượng cấp liệu vào chai có các tuỳ chọn như sau:
+ Định lượng cấp liệu bằng Bơm xylanh định lượng.
+ Định lượng cấp liệu bằng phương pháp đẳng áp
+ Định lượng cấp liệu bằng Servo motor và đầu bơm nhu động.
3



Bảng1.1 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống CRA-4
Thông số kỹ thuật

STT

1

Năng suất (Tùy loại chai và nguyên liệu)

2

Số đầu bơm liệu

3

Máy model: CRA-4
Max: 1.920 chai/giờ (Chai
500ml = 1.440 chai/giờ)
4

Phạm vi khả năng đóng chai (theo u cầu của
khách hàng)

10÷1000ml

4

Sai số định lượng

± 2%


5

Sai số xiết nắp (đóng nút)

<= 1%

6

Cơng suất động cơ chính

1 KW

7

Cơng suất động cơ băng tải

8

Nguồn khí nén

8

Nguồn điện

10

Kích thước máy (DxRxC) Appro

4150x1400x2500mm


Điều kiện mơi trường: - Nhiệt độ

+ 5oC to + 40oC

11

0,4 KW
6 bar 30-40 lít/phút
380V 3P 50Hz

- Độ ẩm

20% to 90%

Hệ thống chiết rót chân không CRAV 10/16
- Máy cấp chai: thực hiện việc tiếp nhận chai và đưa chai vào máy chiết rót.
Sau khi cấp chai vào máng tiếp chai của máy cấp chai, máy sẽ tự động đưa chai vào
băng tải của máy chiết rót.
- Máy chiết rót: thực hiện việc cấp liệu vào chai, rót theo nhịp, mỗi nhịp 16
chai.

4


Hình 1.2 Hệ thống chiết rót chân khơng CRAV 10/16
- Nguyên lý hoạt động:
+ Băng tải của máy đưa chai từ máy cấp chai tới trạm cơng tác chiết rót.
+ Nguyên liệu chiết rót tự động vào chai theo nhịp qua các đầu fill liệu.
+ Định lượng nguyên liệu vào chai chính xác bằng chính thể tích của chai.

+ Chai sau khi Fill liệu được băng tải chuyền tới máng thu thành phẩm.
+ Điều khiển máy được cài đặt tự động trên màn hình Touch screen
+ Kết cấu các phần tiếp xúc vối nguyên liệu bằng Inox 316L.
Bảng1.2 Bảng thông số kỹ thuật hệ thống CRAV 10/16
Thông số kỹ thuật

STT
Tốc độ máy/ Năng suất
1

Max:

(Tùy loại chai: Thể tích chai, kiểu chai)
Max:

10 nhịp/ phút

2

Số đầu bơm liệu

3

Phạm vi khả năng đóng chai

4

Sai số định lượng

Theo thể tích chai


5

Bơm chân khơng

0,75 KW

6

Cơng suất động cơ băng tải

0,18 KW

16
2÷20ml

5


7

Nguồn khí nén

8

Nguồn điện

9

Kích thước máy (DxRxC) Appro


2560x880x1670mm

Điều kiện mơi trường: - Nhiệt độ

+ 5oC to + 40oC

10

6 bar 30-40 lít/phút
380V 3P 50Hz

- Độ ẩm

20% to 90%

Hệ thống chiết rót, đóng nắp sữa

Hình 1.3 Hệ thống chiết rót, đóng nắp sữa
- Các chức năng chính của hệ thống:
+ Hệ thống kết hợp 3 máy xúc rửa, chiết rót và đóng nắp thành 1 dây chuyền
thống nhất.
+ Hệ thống tiêu chuẩn: hệ thống bao gổm 3 máy rời rạc: xúc rửa, chiết rót,
đóng nắp, nối liền với nhau thành 1 hệ thống xuyên suốt.

6


+ Mạch điều khiển trung tâm PLC của Siemens: điều khiển xuyên suốt hệ
thống xúc rửa, chiết rót, đóng nắp. Bảng mạch hiển thị trạng thái hoạt động của hệ

thống trên các đèn led (màu xanh). Khi có sự cố xảy ra, hệ thống ngắt điện hồn
tồn tự động, tín hiệu âm thanh bíp bíp sẽ được phát ra. Ngồi ra chương trình trong
PLC này nhiều chức năng hơn hệ thống tiêu chuẩn.
+ Khung sườn : được làm bằng thép khơng gỉ.
+ Động cơ xoay vịng bằng cơng nghệ Đức: các chai PET được vận chuyển tự
động trên băng chuyền xoay vịng liên tục vào hệ thống chiết rót, xúc rửa.
+ Ống dẫn nước: bằng Inox.
+ 2 chế độ hoạt động auto/manual: giúp người sử dụng có thể kiểm tra hoạt
động của các chức năng.
Dây chuyền chiết rót và đóng nắp chai tự động:

Hình 1.4 Hệ thống chiết rót và đóng nắp chai tự động
- Nguyên lý hoạt động: hệ thống hoạt động theo các bước sau đây:
+ Vỏ chai PET được đặt trên băng chuyền trước khi vào hệ thống xúc rửa
chiết rót và đóng nắp (gọi tắt là RFC).
+ Nguồn nước tinh khiết từ bồn chứa được nối vào hệ thống RFC.
+ Băng chuyền sẽ tự động vận chuyển chai PET vào hệ thống xúc rửa. Các
chai di chuyển xoay vịng và vào đúng vị trí vịi nước xúc rửa. Lưu ý nước rửa có áp
lực khá mạnh để rửa sạch chai PET do bơm thiết kế sẵn trong máy phun lên.

7


+ Sau khi rửa, chai PET sẽ được đưa vào vịtrí chiết rót, các cánh tay địn sẽ
giữ chặt cổ chai để tránh đổc hai trong qua trinh rót. Các chai được xoay vịng liên
tục trên băng chuyền chiết rót. Máy bơm nước được thiết kế sẵn trong máy sẽ tự
động chiết rót vào bình.
+ Khi bình chứa đã đầy nước, sẽ được chuyển sang vị trí đóng nắp. Nắp bình
chứa được lấp đầy trong ống chứa và được đưa vào ngay đầu chai PET.
+ Các tay đòn sẽ siết nắp chặt.

+ Sau đó chai PET được chuyển trên băng tải ra ngồi.
+ Bình chứa được tiếp tục chuyển đến máy bao màng co bằng (nếu có).
1.4. Các cơng nghệ trên dây chuyền chiết rót và đóng nắp
1.4.1. Kiểm tra khuyết tật chai

Hình 1.5 Máy kiểm tra khuyết tật chai
- Để kiểm tra được khuyết tật trên sản phẩm chai nhựa người ta thường dùng
các hệ thống máy hiện đại, hiện nay có khơng ít các nhà cung cấp thiết bị để thực
hiện quá trình này, theo kinh nghiệm và tìm hiểu thì em được biết hãng PRESSCO
TECHNOLOGY INC là nhà cung cấp dòng sản phẩm INTELLISPEC mã CP500
thực hiện quá trình kiểm tra và phân loại và loại bỏ chai bị hỏng không đủ yêu cầu
chất lượng như:
+ Chai bị móp trong lúc sản xuất hay trong q trình vận chuyển.
+ Chai dính bẩn.

8


- Dòng sản phẩm INTELLISPEC CP500: được trang bị 2 camera bên trong và
được kết nối với hệ thống máy tính chuyên dụng được cung cấp bởi chính nhà cung
cấp. Máy có bộ nguồn UPS mắc song song với nguồn điện nên có thể hoạt động
thêm một thời gian sau khi cúp điện.
- Nguyên tắc: camera chụp và phân tích hình ảnh từng chai, đưa tín hiệu về
máy tính xử lí với phần mền chuyên dụng được cài đặt độ nhạy theo mục đích của
yêu cầu sản phẩm và loại (Reject) các sản phẩm không đạt yêu cầu. Tốc độ chụp
của camera có thể lên đến hàng nghìn chai một phút.
1.4.2. Chiết nước vào chai

Hình 1.6 Máy chiết bàn quay
Hiện nay có khá nhiều cơng nghệ chiết nước vào chai, tùy loại chất lỏng sẽ có

cách chiết rót khác nhau như: nước có ga, nước khơng ga, chất lỏng dạng cô đặc.
Định lượng sản phẩm lỏng là chiết một thể tích nhất định sản phẩm lỏng và rót vào
trong chai, bình, lọ, v.v.. Định lượng sản phẩm lỏng bằng máy được sử dụng rộng
rãi trong nhiều ngành sản xuất thực phẩm. Khi định lượng bằng máy thì cải thiện
được điều kiện vệ sinh, đảm bảo được năng suất cao và định lượng sản phẩm một
cách chính xác.
- Các phương pháp định lượng chủ yếu gồm có:
+ Định lượng bằng bình định mức: chất lỏng được định lượng chính xác nhờ
bình định mức trước khi rót vào chai.

9


+ Định lượng bằng chiết tới mức cố định: chất lỏng được chiết tới mức cố định
trong chai bằng cách chiết đầy, sau đó lấy khối thể tích bù trừ ra khỏi chai; khi đó
mức lỏng trong chai sẽ sụt xuống một khoảng như nhau bất kể thể tích của các chai
có bằng nhau hay khơng. Ngồi ra cịn sử dụng ống thông hơi, chất lỏng được chiết
tới khi ngập miệng ống thông hơi sẽ dứng lại. Phương pháp nầy có độ chính xác
khơng cao, tuỳ thuộc độ đồng đều của chai.
+ Định lượng bằng cách chiết theo thời gian: cho chất lỏng chảy vào chai
trongkhoảng thời gian xác định, có thể xem như thể tích chất lỏng chảy là không
đổi. phương pháp nầy chỉ áp dụng cho các sản phẩm có giá tri thấp, khơng u cầu
độ chính xác định lượng.
- Các phương pháp chiết rót sản phẩm gồm có:
+ Phương pháp rót áp suất thường: chất lỏng tự chảy vào trong chai do chênh
lệch về độ cao thủy tĩnh. Tốc độ chảy chậm nên chỉ thích hợp với các chất lỏng ít
nhớt.
+ Phương pháp rót chân khơng: Nối chai với một hệ thống hút chân không,
chất lỏng sẽ chảy vào trong chai do chênh áp giữa thùng chứa và áp suất trong chai.
Lượng chất lỏng chảy vào chai thông thường cũng được áp dụng phương pháp bù

trừ hoặc chiết đầy chai.
+ Phương pháp rót đẳng áp: Phương pháp này được áp dụng cho các sản phẩm
có gas như bia, nước ngọt.Trong khi rót, áp suất trong chai lớn hơn áp suất khí
quyển nhằm tránh khơng cho ga (khí CO2) thốt khỏi chất lỏng. Với phương pháp
rót đẳng áp thơng thường, người ta nạp khí CO2 vào trong chai cho đến khi áp suất
trong chai bằng áp suất trong bình chứa, sau đó cho sản phẩm từ bình chứa chảy vào
trong chai nhờ chênh lệch độ cao. Máy định lượng-chiết rót sản phẩm lỏng gồm
nhiều cơ cấu rót, mỗi cơ cấu rót được bố trí chiết cho 1 chai.
+ Các cơ cấu rót có thể được bố trí thẳng hàng, làm việc cùng lúc (máy chiết
có cơ cấu chiết thẳng) hoặc bố trí trên bàn quay, làm việc tuần tự (máy chiết bàn
quay) như hình 1.6.

10


1.4.3. Đóng nắp chai

Hình 1.7 Máy chiết rót và đóng nắp kiểu bàn xoay
Máy đóng nắp chai được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đồ uống,
thức phẩm, mỹ phẩm và hóa chất cơng nghiệp. Máy có tác dụng đóng bao kín các
loại chai thủy tinh, nhựa, đảm bảo việc niêm phóng kín, khơng rị rỉ chất lỏng ra
ngồi. Nắp chai được dẫn từ thùng chứa xuống đường dẫn đồng thời được xếp đúng
chiều, chai nước được đưa vào vị trí dập nắp và cố định để hệ thống dập nắp hoạt
động. Sau khi dập nắp chai sẽ được đưa tới bộ phận vặn nắp để chắc chắn rằng tất
cả các nắp phải được đóng kín.
1.4.4. Cảm biến dùng trong các dây chuyền chiết rót

Hình 1.8 Cảm biến phản quang

11



- Tại mỗi khâu chúng ta dùng cảm biến vị trí để xác định vị trí của sản phẩm.
Khi gặp sản phẩm cảm biến sẽ có tín hiệu báo về bộ điều khiển để ra lệnh điều
khiển. Để xác định vị trí và dịch chuyển của sản phẩm, ta dùng loại cảm biến quang
điện. Cảm biến quang điện bao gồm 1 nguồn phát quang và 1 bộ thu quang.
Nguồn phát quang sử dụng Led hoặc Laser phát ra ánh sáng thấy hoặc khơng thấy
tùy theo bước sóng. 1 bộ thu quang sử dụng diode hoặc transitor quang. Ta đặt bộ
thu và phát sao cho vật cần nhận biết có thể che chắn hoặc phản xạ ánh sáng khi vật
xuất hiện.
- Ánh sáng do Led phát ra được hội tụ qua thấu kính ở phần thu ánh sáng
từ thấu kính tác động đến transitor thu quang. Nếu có vật che chắn thì chùm tia sẽ
khơng tác động đến bộ thu được. sóng dao động dùng để bộ thu loại bỏ ảnh hưởng
của ánh sáng trong phòng. Ánh sáng của mạch phát sẽ tắt và sáng theo tần số mạch
dao động. Phương pháp này sử dụng mạch dao động làm cho cảm biến thu phát xa
hơn và tiêu thụ ít cơng suất hơn.
- Trên thị trường hiện nay có 3 loại cảm biến quang điện chính:Through-beam
sensors (cảm biến tia xuyên qua), Retro-reflective sensors (cảm biến phản quang),
Diffuse reflection sensor (cảm biến phản xạ khuếch tán).
- Trong quá khứ, đối với nhà máy bia, nước ngọt, việc phát hiện các chai
PET có chất liệu trong suốt là rất khó khăn, yêu cầu phải điều chỉnh phức tạp cảm
biến cho ứng dụng đó. Hiện nay cơng nghệ phát triển hơn ta có loại cảm biến phản
quang dể dàng phát hiện các vật liệu cho trai PET và thủy tinh. Một trong số đó là
bộcảm biến O5G500 và một bộ lọc phân cực cùng với lăng kính phản xạ E20722.

12


CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ PLC S7-300 VÀ WINCC


2.1. Giới thiệu chung
Để đáp ứng yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng địi hỏi kỹ thuật điều khiển
phải có nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển. Vì vậy
người ta phát minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như PLC. Sự phát triển của
PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở nên nhanh nhạy, dễ
dàng và tin cậy hơn. Nó có thể thay thế gần như hoàn toàn cho các phương pháp
điều khiển truyền thống.
Như vậy PLC có tính năng ưu việt và thích hợp trong môi trường công nghiệp
là:
- Khả năng chống nhiễu tốt.
- Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc mở rộng, cải tạo nâng cấp.
- Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt.
- 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.
- Hiện nay trên thị trường có các loại PLC của các hãng sản xuất như: Omron,
Mitsubishi, Siemens, ABB, Allen Bradley...
- S7-300 là dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn với
những yêu cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và có
khả năng mở rộng, nâng cấp.
- Ngơn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền chọn lựa.
- Đặc điểm nổi bật của S7-300 đó là ngơn ngữ lập trình cung cấp những hàm
tốn đa dạng cho những yêu cầu chuyên biệt. Hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ
chuyên biệt để xây dựng hàm riêng cho ứng dụng mà ta cần.
- Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa là đối
với S7-300 sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt.

13


2.1.1. Các modul PLC S7-300


Hình 2.1 Cấu hình của một trạm PLC S7-300
Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tượng điều
khiển có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau
mà các bộ điều khiển PLC được thiết kế khơng bị cứng hố về cấu hình. Chúng
được sử dụng theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tuỳ vào yêu cầu
thực tế, xong tối thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU, các modul cịn lại
nhận truyền tín hiệu với các đối tượng điều khiển, các modul chức năng chuyên
dụng như PID, điều khiển động cơ, van thuỷ khí… Chúng gọi chung là modul mở
rộng. Cấu hình của một trạm PLC S7-300 như hình 2.1.
2.1.1.1. Modul CPU
Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ
thời gian, bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể cịn có một vài cổng vào ra
số. Các cổng vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào ra Onboard. PLC
S7_300 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý
có trong nó như modul CPU312, modul CPU314, modul CPU315. Những modul
cùng sử dụng 1 loại bộ vi xử lý, nhưng khác nhau về cổng vào/ra onboard cũng như
các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hành phục vụ
việc sử dụng các cổng vào/ra onboard này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọi
bằng thêm cụm chữ IFM (Intergrated Function Module).
14


Hình 2.2 Một số CPU của PLC S7-300
Ngồi ra cịn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thơng, trong đó cổng
truyền thơng thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các
loại modul này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP (Distributed
Port) như là modul CPU314C-2DP.
2.1.1.2. Modul mở rộng
Thiết bị điều khiển khả trình SIMATIC S7-300 được thiết kế theo kiểu modul.

Các modul này sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo
cấu trúc modul rất thuận tiện cho việc thiết kế các hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng cho
việc mở rộng hệ thống. Số các modul được sử dụng nhiều hay ít tuỳ theo từng ứng
dụng nhưng tối thiểu bao giờ cũng phải có một modul chính là modul CPU, các
modul cịn lại là những modul truyền và nhận tín hiệu với đối tượng điều khiển bên
ngoài như động cơ, các đèn báo, các rơle, các van từ. Chúng được gọi chung là các
modul mở rộng.
- Các modul mở rộng được chia thành:
a) Module nguồn ni (PS - Power supply)
Có 3 loại: 2A, 5A, 10A.
b) Module xử lý vào/ra tín hiệu số (SM - Signal module)
- Modul mở rộng cổng tín hiệu vào/ra, bao gồm:
+ DI (Digital input): Modul mở rộng các cổng vào số. Số các cổng vào số mở
rộng có thể là 8, 16, 32 tuỳ từng loại modul.

15