Đồ án Thiết kế, thi công hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp lon tự động

 BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO 
 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH 
 KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ 
 BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 
 -----------------⸙∆⸙----------------- 
 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 
ĐỀ TÀI: 
 THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG PHA 
TRỘN SƠN VÀ ĐÓNG NẮP LON TỰ ĐỘNG 
 GVHD: TS. Trần Vi Đô 
 SVTH: Lê Long Đỉnh 16151139 
 Nguyễn Quang Hải 16151150 
 Nguyễn Hồng Phước 13151074 
 Tp. Hồ Chí Minh tháng 8 năm 2020 TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC 
 BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ----o0o---- 
 Tp. HCM, ngày 8 tháng 8 năm 2020 
 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 
 Họ và tên sinh viên: Lê Long Đỉnh MSSV:16151139 
 Nguyễn Quang Hải MSSV:16151150 
 Nguyễn Hồng Phước MSSV: 13151074 
 Chuyên ngành: Công nghệ Điều Khiển và Tự Động Hóa 
 Hệ đào tạo: Đại học chính quy 
 Khóa: 2016 
 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG PHA TRỘN SƠN VÀ 
 ĐÓNG NẮP LON TỰ ĐỘNG 
 II. NHIỆM VỤ: 
 Nội dung thực hiện: 
 Nội dung 1: Tìm hiểu về các hệ thống pha màu sơn, các quy tắc pha trộn màu 
 sơn 
 Nội dung 2: Tìm hiểu về PLC S7 -1200, các thiết bị sử dụng trong hệ thống 
 Nội dung 3: Tìm hiểu về các chuẩn truyền thông trong công nghiệp 
 Nội dung 4: Thử nghiệm và lập bảng tỉ lệ màu sơn 
 Nội dung 5: Thiết kế mô hình & thi công hệ thống 
 Nội dung 6: Viết chương trình điều khiển hệ thống 
 Nội dung 7: Thiết kế giao diện giám sát SCADA 
 Nội dung 8: Liên kết và truyền dữ liệu giữa SQL Server và WINCC Runtime. 
 Nội dung 9: Thiết kế giao diện điều khiển Webserver 
 Nội dung 10: Đánh giá kết quả thực hiện 
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/4/2020 
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 11/8/2020 
 V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Trần Vi Đô 
 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN 
 ii 
 TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC 
 BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ----o0o---- 
 Tp. HCM, ngày 8 tháng 8 năm 2020 
 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 
Họ và tên sinh viên: Lê Long Đỉnh MSSV: 16151139 
 Nguyễn Quang Hải MSSV: 16151150 
 Nguyễn Hồng Phước MSSV: 13151074 
Tên đề tài: Thiết kế, thi công hệ thống pha trộn sơn và đóng nắp lon tự động. 
 Xác nhận 
Tuần/ngày Nội dung 
 GVHD 
20/4/2020 - Tìm hiểu về các hệ thống pha màu sơn, các quy tắc 
 pha trộn màu sơn. 
- 9/5/2020 
 - Tìm hiểu về PLC S7 -1200, các thiết bị sử dụng 
 trong hệ thống. 
10/5/2020- - Tìm hiểu về các chuẩn truyền thông Modbus 
31/5/2020 TCP/IP 
 - Tìm hiểu và thiết kế Webserver. 
1/6/2020- - Lựa chọn thiết bị sử dụng và tiến hành thi công hệ 
 thống. 
5/7/2020 
 - Thử nghiệm và lập bảng tỉ lệ màu sơn 
6/7/2020- - Viết chương trình điều khiển 
26/7/2020 - Chạy thử nghiệm và hiệu chỉnh hệ thống. 
27/7/2020- - Viết báo cáo luận văn, quay clip vận hành, làm 
 powerpoint trình chiếu. 
8/8/2020 
 GV HƯỚNG DẪN 
 (Ký và ghi rõ họ và tên) 
 iii 
 TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM 
 KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC 
 BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN ----o0o---- 
 Tp. HCM, ngày 8 tháng 8 năm 2020 
 LỜI CAM ĐOAN 
 Chúng tôi xin cam đoan đề tài: “Thiết Kế, Thi Công Hệ Thống Pha Trộn Sơn 
Và Đóng Nắp Lon Tự Động” là một công trình nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của tiến 
sĩ Trần Vi Đô, ngoài ra không có bất cứ sự sao chép của người khác. Đề tài, nội dung, 
báo cáo tốt nghiệp là sản phẩm mà chúng tôi đã nỗ lực nghiên cứu trong quá trình học 
tập tại trường cũng như chương trình thực tập thực tế. Các số liệu và kết quả trình bày 
trong báo cáo là hoàn toàn trung thực, chúng tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước 
bộ môn và nhà trường nếu như có vấn đề xảy ra. 
 Người thực hiện đề tài 
 Lê Long Đỉnh 
 Nguyễn Quang Hải 
 Nguyễn Hồng Phước 
 iv 
 LỜI CẢM ƠN 
 Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại 
Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung, các thầy cô trong khoa Điện – Điện Tử nói 
riêng đã dạy dỗ cho chúng em kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên 
ngành, giúp chúng em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ chúng 
em trong suốt quá trình học tập. 
 Chúng em cũng xin gửi lời tri ân và biết ơn sâu sắc đến TS. Trần Vi Đô người đã 
tận tình hướng dẫn, chỉ bảo chúng em trong suốt quá trình làm khoá luận. 
 Cuối cùng vì kinh nghiệm và kiến thức còn hạn chế, khả năng tiếp thu vấn đề còn 
giới hạn nên không thể trách được những sai sót, chúng em mong nhận được sự quan 
tâm giúp đỡ của các thầy cô để đồ án này được đầy đủ và hoàn thiện hơn. 
 Chúng em xin chân thành cảm ơn! 
 Người thực hiện đề tài 
 Lê Long Đỉnh 
 Nguyễn Quang Hải 
 Nguyễn Hồng Phước 
 v 
 MỤC LỤC 
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................ ii 
LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .................................................... iii 
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................... iv 
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. v 
MỤC LỤC ...................................................................................................................... vi 
DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................................. x 
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... xiv 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .............................................. 1 
1.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................ 1 
1.2. Mục tiêu đề tài .......................................................................................................... 1 
1.3. Giới hạn đề tài .......................................................................................................... 2 
1.4. Bố cục đồ án ............................................................................................................. 2 
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................... 3 
2.1. Cơ sở lý thuyết về màu sơn và pha trộn sơn ............................................................ 3 
 2.1.1. Tổng quan về sơn ............................................................................................... 3 
 2.1.2. Công nghệ sản xuất sơn ..................................................................................... 4 
 2.1.3. Quy luật pha màu sơn [9] .................................................................................... 7 
2.2. Cơ sở lý thuyết về các thiết bị sử dụng trong mô hình .......................................... 14 
 2.2.1. Tổng quan về PLC và PLC S7-1200 ............................................................... 14 
 2.2.1. Băng tải ............................................................................................................ 25 
 2.2.3. Cảm biến .......................................................................................................... 28 
 2.2.2. Cơ cấu xylanh .................................................................................................. 30 
 2.2.3. Van điện từ ....................................................................................................... 34 
 2.2.4. Động cơ DC ..................................................................................................... 36 
 2.2.5. Arduino ............................................................................................................ 38 
2.3. TRUYỀN THÔNG MODBUS .............................................................................. 39 
 2.3.1. Modbus là gì? .................................................................................................. 39 
 2.3.2. Mô tả giao thức modbus .................................................................................. 40 
 2.3.3. Phân loại Modbus [8] ........................................................................................ 42 
 vi 
 2.4. Cơ sở lý thuyết về Web Server .............................................................................. 43 
 2.4.1 Truy cập vào Web Server. ................................................................................ 43 
 2.4.2. Trang web tự xây dựng[7]. ................................................................................ 45 
 2.4.3. Truy cập Webserver. ........................................................................................ 48 
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ ......................... 50 
3.1. Yêu cầu hệ thống .................................................................................................... 50 
3.2. Tính toán thiết kế ................................................................................................... 51 
 3.2.1. Quy trình vận hành của hệ thống ..................................................................... 51 
 3.2.2. Thiết kế phần cứng .......................................................................................... 52 
 3.2.3. Sơ đồ khối hệ thống ......................................................................................... 53 
 3.2.4. Sơ đồ kết nối .................................................................................................... 54 
 3.2.5. Lưu đồ giải thuật .............................................................................................. 59 
3.3. Thiết bị sử dụng trong mô hình .............................................................................. 61 
 3.3.1. Cảm biến lưu lượng ......................................................................................... 61 
 3.3.2. Cảm biến vật cản hồng ngoại........................................................................... 62 
 3.3.3. Cảm biến siêu âm ............................................................................................. 63 
 3.3.4. Cảm biến quang chữ U .................................................................................... 64 
 3.3.5. Van điện từ nước ............................................................................................. 65 
 3.3.6. Van điện từ khí nén .......................................................................................... 66 
 3.3.7. Van điện từ Airtac ............................................................................................ 67 
 3.3.8. Van hút chân không dùng khí nén ................................................................... 68 
 3.3.9. Xy lanh kép ...................................................................................................... 68 
 3.3.10. Xylanh compact SMC .................................................................................... 69 
 3.3.11 Xylanh tròn PVN ............................................................................................ 69 
 3.3.12. Động cơ giảm tốc ........................................................................................... 70 
3.4. Thiết bị trong tủ điện .............................................................................................. 71 
 3.4.1. PLC .................................................................................................................. 71 
 3.4.2. Module mở rộng .............................................................................................. 72 
 3.4.3. Bộ nguồn .......................................................................................................... 73 
 3.4.4. Relay ................................................................................................................ 74 
 3.4.5. Cầu đấu dây 2 tầng ........................................................................................... 75 
 3.4.6. Board Arduino Uno R3 .................................................................................... 76 
 vii 
 3.4.7. Ethernet W5100 Arduino ................................................................................. 77 
 3.4.8. Thiết bị chuyển mạch mở rộng hệ thống mạng ............................................... 79 
CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ........................................................................ 80 
4.1. Thi công phần cứng ................................................................................................ 80 
 4.1.1. Bộ phận cấp lon .............................................................................................. 80 
 4.1.2. Bộ phận chiết rót .............................................................................................. 81 
 4.1.3. Bộ phận đóng nắp ............................................................................................ 81 
 4.1.4. Bộ phận lắc sơn ................................................................................................ 83 
 4.1.5. Tủ điện ............................................................................................................. 83 
 4.1.6. Mô hình sau khi thi công ................................................................................. 84 
4.2. Giao diện SCADA .................................................................................................. 85 
 4.2.1. Giao diện Log in .............................................................................................. 85 
 4.2.2. Giao diện chọn màu ......................................................................................... 85 
 4.2.3. Giao diện dữ liệu màu. ..................................................................................... 85 
 4.2.3 Giao diện điều khiển ......................................................................................... 86 
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC HIỆN ........................................................................ 87 
5.1. Kết quả giao tiếp giữa PLC và vi xử lý. ................................................................. 87 
5.2. Giao diện SCADA .................................................................................................. 88 
5.3. Giao diện Webserver .............................................................................................. 93 
5.4. Thiết kế cơ sở dữ liệu SQL để lưu trữ dữ liệu ....................................................... 94 
5.5. Giao diện web hiện thị online cơ sở dữ liệu. ......................................................... 96 
5.6. Kết quả pha sơn và đánh giá .................................................................................. 98 
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .............................................. 99 
6.1. Kết luận .................................................................................................................. 99 
 6.1.1. Những kết quả đạt được ................................................................................... 99 
 6.1.2. Những mặt hạn chế ........................................................................................ 100 
 6.1.3. Những khó khăn gặp phải .............................................................................. 100 
 6.1.4. Kinh nghiệm và kiến thức đạt được sau khi hoàn thành đồ án tốt nghiệp .... 100 
6.2. Hướng phát triển đề tài ......................................................................................... 101 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 102 
PHỤ LỤC .................................................................................................................... 103 
Phụ lục 1: Sơ đồ mạch động lực 220VAC .................................................................. 103 
 viii 
 Phụ lục 2: Sơ đồ mạch động lực 24VDC .................................................................... 103 
Phụ lục 3: Sơ đồ kết nối PLC 1212C DC/DC/DC ...................................................... 104 
Phụ lục 4: Sơ đồ kết nối Module mở rộng SM1223 8 DI 8DO .................................. 104 
Phụ lục 5: Sơ đồ kết nối Module mở rộng SM1222 16 DO Relay ............................. 105 
 ix 
 DANH MỤC HÌNH VẼ 
Hình 2.1 Hình ảnh về sơn ................................................................................................ 3 
Hình 2.2 Quy trình công nghệ sản xuất sơn .................................................................... 4 
Hình 2.3 Nhà máy sản xuất sơn Caparol, Dubai ............................................................. 6 
Hình 2.4 Nhà máy sản xuất sơn ICI Dulux, Khu công nghiệp Mỹ Phước 2, Bình 
Dương .............................................................................................................................. 6 
Hình 2.5 Máy pha sơn hãng My Kolor ........................................................................... 6 
Hình 2.6 Máy pha sơn hãng Solite Paint ......................................................................... 7 
Hình 2.7 Thang màu từ đỏ tới tím của 7 sắc cầu vồng ................................................... 7 
Hình 2.8 Thang màu vô sắc............................................................................................. 7 
Hình 2.9 So sánh tương quan giữa quang độ và cường độ của hai màu ......................... 8 
Hình 2.10 Quy luật cộng màu hệ màu RGB ................................................................... 8 
Hình 2.11 Quy luật trừ màu trong hệ màu CMYK ......................................................... 9 
Hình 2. 12 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (vàng+lam) .............. 10 
Hình 2. 13 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (lam+đỏ) .................. 10 
Hình 2. 14 Sự khác biệt khi kết hợp 2 màu của sơn và ánh sáng (đỏ+lục) ................... 10 
Hình 2.15 Nguyên tắc pha trừ màu với 3 màu sơ cấp RYB ......................................... 11 
Hình 2.16 Ba màu cơ bản trên bánh xe màu ................................................................. 12 
Hình 2.17 Ví dụ các màu thứ cấp .................................................................................. 12 
Hình 2.18 Ví dụ về các màu trung gian ........................................................................ 13 
Hình 2.19 So sánh ưu điểm hệ PLC so với kết nối cứng dùng relay và timer .............. 14 
Hình 2.20 Một số ứng dụng của PLC trong công nghiệp ............................................. 15 
Hình 2.21 : Tổng quan về PLC S7-1200 ....................................................................... 16 
Hình 2.22 Bảng tín hiệu SB .......................................................................................... 19 
Hình 2.23 Module tín hiệu ............................................................................................ 21 
Hình 2.24 Module truyền thông .................................................................................... 22 
Hình 2.25 Cách thức truy xuất 1 bit trong PLC S7-1200 ............................................. 23 
Hình 2.26 Biểu tượng TIA Portal V13 trên màn hình Desktop .................................... 25 
Hình 2.27 Hình ảnh một số loại băng tải ...................................................................... 25 
Hình 2.28 Ứng dụng của băng tải trong phân loại hàng ............................................... 26 
Hình 2.29 Ứng dụng của băng tải trong nhà máy sản xuất nước giải khát ................... 27 
Hình 2.30 Các thành phần cơ bản của băng tải ............................................................. 27 
 x