HỆ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO màu sắc, có CODE

\

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO MÀU SẮC, CÓ CODE


DANH MỤC CÁC TỰ VIẾT TẮT
PLC: Programmable Logic Controller
HMI: Human Machine Interface
SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition.


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ khối của hệ thống.
Hình 2.0. Cấu trúc của PLC
Hình 2.1. Cảm biến màu sắc TCS3200.
Hình 2.2. Sơ đồ chân cảm biến TCS3200.
Hình 2.3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến TCS3200.
Hình 2.4. Cảm biến quang điện.
Hình 2.5. Cấu tạo của cảm biến quang
Hình 2.6. Cấu tạo của xi lanh khí nén.
Hình 2.7. Băng tải.
Hình 4.1. Khởi động hệ thống.
Hình 4.2. Dừng hệ thống.
Hình 4.3. Dừng tồn bộ hệ thống.
Hình 4.4. Khởi động chế độ tự động.
Hình 4.5. Khởi động chế độ bằng tay.
Hình 4.6. Mơ phỏng hệ thống và cảnh báo.
Hình 4.7. Điều khiển băng tải và xi lanh
Hình 4.8. Điều khiển xi lanh.
Hình 4.9. Khởi động chế độ tự động .

Hình 4.10. Tác động của cảm biến phát hiện vật màu đỏ.
Hình 4.11. Cảm biến phát hiện sản phẩm màu đỏ.
Hình 4.12. Xi lanh 2 hoạt động.
Hình 4.13. Tác động của cảm biến phát hiện vật màu xanh.
Hình 4.14. Cảm biến phát hiện sản phẩm màu xanh.
Hình 4.15. Xi lanh 3 hoạt động.
Hình 4.16. Tác động của cảm biến phát hiện vật màu vàng
Hình 4.17. Tác động của bộ đếm thời gian.
Hình 4.18. Mơ phỏng sản phẩm đỏ.
Hình 4.19. Mơ phỏng q trình di chuyển của sản phẩm đỏ.
Hình 4.20. Mơ phỏng sản phẩm xanh.


Hình 4.21. Mơ phỏng q trình di chuyển của sản phẩm xanh.
Hình 4.22. Mơ phỏng sản phẩm vàng.
Hình 4.23. Mơ phỏng quá trình di chuyển của sản phẩm vàng.
Hình 4.24. Đếm tổng sản phẩm
Hình 4.25. Hàm thời gian thực.
Hình 4.26. Hàm nhập thời gian để khởi động.
Hình 4.27. Hàm nhập thời gian để tắt hệ thống.
Hình 4.28. Cảnh báo của động cơ băng tải.
Hình 4.29. Cảnh báo của xi lanh và cảm biến.
Hình 4.30. Cảnh báo của xi lanh và sản phẩm rơi.
Hình 4.31. Dừng băng tải khi có cảnh báo.
Hình 4.32. Sơ đồ thuật tốn tổng qt
Hình 4.33. Sơ đồ thuật tốn chế độ tự động.
Hình 4.34. Sơ đồ thuật tốn chế độ bằng tay.
Hình 5.1. Giao diện màn hình chính.
Hình 5.2. Giao diện màn hình điều khiển.
Hình 5.3. Giao diện cảnh báo của hệ thống.

Hình 5.4. Xuất dữ liệu cảnh báo dưới dạng PDF.
Hình 5.5. Biểu đồ Trend view.
Hình 5.6. Lưu trữ thơng qua SQL Server.
Hình 5.7. Xuất dữ liệu dạng PDF.


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI.........................................................................................2
1.1. Giới thiệu đề tài...............................................................................................................2
1.2. Mục đích nghiên cứu........................................................................................................2
1.3. Đối tượng nghiên cứu......................................................................................................2
1.4. Phạm vi nghiên cứu..........................................................................................................2
1.5 Dự kiến kết quả.................................................................................................................3
1.6. Sơ đồ khối hệ thống..........................................................................................................3
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................................................4
2.1. Bộ điều khiển PLC...........................................................................................................4
2.2. Cảm biến màu sắc TCS3200............................................................................................6
2.3. Cảm biến quang...............................................................................................................8
2.4. Xi lanh khí nén...............................................................................................................10
2.5. Băng chuyền - Băng tải..................................................................................................11
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG...............................................................................13
3.1. Hình ảnh về thiết kế bằng HMI và mô phỏng bằng SCADA.........................................13
CHƯƠNG 4. GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN.....................................................................20
4.1. Hoạt động của hệ thống.................................................................................................20
4.2. Lưu đồ giải thuật...........................................................................................................34
CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM................................................................................................37
5.1. Tiến trình thực nghiệm...................................................................................................37
5.2. Kết quả thực nghiệm......................................................................................................37
5.3. Kết luận thực nghiệm.....................................................................................................41
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN..........................................................................................................42

6.1. Ưu điểm.........................................................................................................................42
6.2. Nhược điểm....................................................................................................................42
6.3. Hướng phát triển...........................................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................................43
PHỤ LỤC.....................................................................................................................................44


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
1.1. Giới thiệu đề tài
Đối với thời đại hiện nay, chúng ta khơng cịn q xa lạ với những hệ thống hiện
đại như là hệ thống điều khiển, hệ thống giám sát tự động, …Nó được ra đời để đáp
ứng phục vụ các nhu cầu cần thiết trong xã hội nhằm phát triển thay thế con người
trong cơng việc giúp cho nó trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC kết hợp với phần mềm
mơ phỏng bằng SCADA mà em đang thực hiện đóng góp một phần nhỏ để mở rộng
với ứng dụng các kỹ thuật tự động giúp nâng cao kiến thức cho mọi người.
Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý sử dụng cảm biến màu sắc
để xác định và phân loại sản phẩm dựa trên những màu sắc đã được quy định.
1.2. Mục đích nghiên cứu
Tìm hiểu và áp dụng các chức năng đã học thông qua phần mềm mô phỏng TIA
PORTAL.Để mô phỏng và ứng dụng vào hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc
của mình. Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng của hệ thống vào đời
sống, xã hội.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài sử dụng WinCC RT ADVANCED để mô phỏng thiết kế và mô phỏng
SCADA trong phần mềm TIAPORTAL V15 để mơ phỏng lại tồn bộ q trình hoạt
động của hệ thống.
Tìm kiếm và ứng dụng các chức năng của phần mềm để hoàn thiện hệ thống hơn.
1.4. Phạm vi nghiên cứu
Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong đời sống

xã hội. Trong nơng nghiệp ta có thể sử dụng để phân loại sản phẩm như là các loại trái
cây, phân loại các lon, các hộp có màu sắc giống nhau, …


1.5 Dự kiến kết quả
Hệ thống được mơ phỏng hồn chỉnh, các cảm biến màu sắc và xy lanh hoạt
động ổn định để có thể đẩy sản phẩm vào các thùng chứa tương ứng.Mơ phỏng
hồn thiện các chức năng của phần mềm TIA PORTAL V15 như là: phân quyền
cho người sử dụng, các cảnh báo sẽ xảy ra nếu hệ thống bị lỗi, xuất các báo cáo về
số lượng sản phẩm hay các báo cáo về lỗi,…

1.6. Sơ đồ khối hệ thống

Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống.


CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Bộ điều khiển PLC.
2.1.1 Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Controller)

Hình thành từ nhóm các kỹ sư hàng đầu của hãng General Motors vào những năm
1968 với những ý tưởng ban đầu của họ là thiết kế một bộ điều khiển có thể đáp ứng
các yêu cầu như là:
 Giúp cho việc lập trình, ngơn ngữ lập trình trở nên thuận tiện và dễ dàng
hơn.
 Dễ dàng trong việc thay thế hay sửa chữa.
 Sử dụng ổn định trong các môi trường công nghiệp.
 Giá cả cạnh tranh.
Là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều
khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình. Ngơn ngữ lập trình PLC được sử dụng

nhiều nhất như là LAD (Ladder logic), FBD (Function Block Diagram),..
Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC trên thế giới như: Siemens, AllenBradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell…
2.1.2 Cấu trúc của PLC
RAM,ROM: là một bộ nhớ chương trình bên trong, ta có thể thêm bộ nhớ bên
ngoài EPROM.
CPU: là bộ xử lý trung tâm có chức năng giao tiếp dùng cho việc kết nối với PLC.
Các module vào - ra: Số (Logical/Discrete Signals), tương tự (Continous/Analog
Signals)


Hình 2.0 Cấu trúc của PLC
PLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp:


Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O.



Làm bộ đếm trạng thái các chức năng trong PLC.

Bộ nhớ của PLC có vai trị rất quan trọng, bởi nó được sử dụng để chứa tồn bộ
chương trình điều khiển, các trạng thái của các thiết bị phụ trợ. Bộ nhớ bên trong PLC
được tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2.000 – 16.000
dòng lệnh. Các loại bộ nhớ hay sử dụng trong PLC:
 RAM (Random Access Memory): Là bộ nhớ có thể nạp chương trình, thay

đổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào. Nhưng nội dung của RAM sẽ bị mất đi
nếu nguồn điện nuôi bị mất.
 ROM (Read Only Memory): dùng để nhớ các lệnh điều khiển cơ bản và các

hàm toán học trong PLC và ta không thể thay đổi nội dung nhớ ngay cả khi mất
điện.
 EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ mà
người sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được.


 EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên

kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định. Nội dung của nó
có thể được xóa và lập trình lại, tuy nhiên số lần lưu sửa nội dung là có giới hạn.
 Bộ nhớ Flash: đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình.

Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu những
chương trình lớn trong một thời gian dài.

2.2. Cảm biến màu sắc TCS3200.
2.2.1 Tổng quan về cảm biến màu sắc TCS3200.
Cảm biến màu sắc TCS3200 được sử dụng để nhận biết màu sắc bằng cách đo
phản xạ 3 màu sắc cơ bản từ vật thể là đỏ, xanh lá và xanh dương từ đó xuất ra tần số
xung tương ứng với 3 màu này qua các chân tín hiệu, đo 3 tần số xung này và qua 1
vài bước chuyển đổi nhất định ta sẽ có đươc thông tin của màu sắc của vật thể cần đo.

Hình 2.1 Cảm biến màu sắc TCS3200.
2.2.2. Cấu tạo:


Sơ đồ chân:

Hình 2.2. Sơ đồ chân cảm biến TCS3200.
Bảng giá trị:

Tên Chân
S0, S1 (1,2)
OE (3)

Mô tả
Ngõ vào chọn tỉ lệ tần số ngõ ra.
Ngõ vào cho phép xuất tần số ở chân OUT

GND (4)
VDD (5)
OUT (6)
S2, S3 (7,8)

(tích cực mức thấp)
Chân nối đất
Chân cấp nguồn
Ngõ ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc.
Ngõ vào chọn lại diode quang (photodiode).

Thông số kỹ thuật:


Chuyển đổi cường độ ánh sang thành tần số có độ phân giải cao.



Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra.



Giao tiếp trực tiếp với mạch vi điều khiển.



Điện áp: 2.7 – 5.5V



Kích thước: 28.4 x 28.4m



Tần số ngõ ra có độ rộng xung 50%



Tần số ngõ ra nằm trong khoảng 2 Hz- 500KHz.

2.2.3. Nguyên lý hoạt động
Cảm biến màu TCS3200 gồm 2 khối:


Hình 2.3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến TCS3200.
Khối đầu tiên là mảng ma trận 8×8 gồm các photodiode. Photodiode đơn giản là
một linh kiện bán dẫn chuyển đổi ánh sáng thành dịng điện.


16 photodiode có thể lọc màu đỏ (red)



16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (green)



16 photodiode có thể lọc màu xanh dương (blue)



16 photodiode trắng không lọc (clear)

2.3. Cảm biến quang
2.3.1 Tổng quan về cảm biến quang
Cảm biến quang (Photoelectric Sensor) là một thiết bị dùng để xác định khoảng
cách hay sự hiện diện của một vật bằng cách sử dụng một bộ phát ánh sáng. Khi tiếp
xúc với ánh sáng chúng sẽ bắt đầu chuyển trạng thái. Cảm biến quang sử dụng ánh
sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể. Và khi có sự thay
đổi ở bộ phận thu thì mạch điều khiển sẽ cho ra tín hiệu ở ngõ ra của cảm biến.


Hình 2.4.Cảm biến quang điện.
2.3.2.Cấu tạo của cảm biến quang.

Hình 2.5. Cấu tạo của cảm biến quang
Cảm biến quang được cấu tạo gồm 3 bộ phận chính:


Bộ phát ánh sáng: có chức năng phát ánh sáng dưới dạng xung (tần số). Bộ

phận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ.


Bộ thu ánh sáng: có chức năng tiếp nhận ánh sáng từ bộ phát sáng.



Mạch xử lý hiệu điện: có chức năng xử lý và tiếp nhận các tín hiệu từ bộ thu

ánh sáng mang về. Chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu


dạng ON/OFF được khuếch đại. Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá ngưỡng
được xác định, tín hiệu ra của cảm biến sẽ được kích hoạt.

2.4. Xi lanh khí nén.
2.4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xi lanh khí nén.
Xi lanh khí nén là một thiết bị cơ học, sử dụng áp suất của khí nén để tạo ra lực
chuyển động tịnh tiến hoặc momen xoắn cung cấp chuyển động cho thiết bị khác.
Xi lanh khí nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác
động lên piston trong lòng xi lanh và làm cho nó chuyển động, thơng qua đó truyền
động đến thiết bị.

Hình 2.6. Cấu tạo của xi lanh khí nén.
Cấu tạo của xi lanh khí nén bao gồm:
 Thân xi lanh: thường được cấu tạo dạng vng hoặc hình trụ trịn, thân

xi lanh được chế tạo từ nhôm hoặc thép giúp tăng độ bền bỉ khi hoạt
động.
 Piston: dùng để đảm bảo cho các khơng gian xung quanh phần thân được

kín tránh hiện tượng khí nén tràn vào khoang bên cạnh.


 Trục xi lanh: là bộ phận truyền chuyển động của khí nén theo chuyển

động tịnh tiến.
 Thanh giằng: Giúp cố định và gia cố thêm sự chắc chắn của hai đầu xi

lanh.
 Lỗ cấp và thốt khí nén: Là nơi cung cấp khí nén đi vào hoặc đi ra khỏi
xi lanh.
Nguyên lý hoạt động:
Khí nén được đưa vào bên trong xi lanh thơng qua ống dẫn khí vào lỗ cấp
khí.Khi đó lượng khí nén được tăng lên dần dần và sẽ chiếm lấy không gian bên
trong xi lanh. Điều này khiến piston phải dịch chuyển theo kiểu tịnh tiến tới lui
và truyền động điều khiển thiết bị bên ngoài. Khí nén sẽ đi qua lỗ thốt khí ra và
xả ra mơi trường bên ngồi, kết thúc 1 chu kỳ hoạt động. Và xy lanh sẽ vận hành
cho đến khi người điều khiển ngắt khí.

2.5. Băng chuyền - Băng tải
2.5.1.Tổng quan về băng tải.
Băng tải là thiết bị dùng để vận chuyển sản phẩm,hàng hóa từ vị trí này đến vị
trí khác tùy vào ý muốn người dử dụng mà không tốn quá nhiều thời gian.Các dây
chuyển băng tải kết hợp với hệ thống tự động giúp cho quá trình sản xuất, vận
chuyển trở nên nhanh chóng và chính xác hơn. Hệ thống băng tải được sử dụng
rộng rãi giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, rút ngắn thời gian và nhân lực cho các
doanh nghiệp.


2.5.2. Cấu tạo của băng tải.

Hình 2.7.Băng tải
Cấu tạo của băng tải gồm:
 Khung băng tải
 Mặt băng tải.
 Con lăn chủ động và con lăn bị động.
 Chân tăng chỉnh bánh xe, thành chắn,…
 Bộ điều khiển băng tải gồm: biến tần điều khiển, cảm biến, PLC,…
 Động cơ giảm tốc với nhiều công suất.


CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG
3.1. Hình ảnh về thiết kế bằng HMI và mô phỏng bằng SCADA.



Khi khởi động hệ thống ở chế độ tự động (Auto):


Khi khởi động hệ thống ở chế độ bằng tay (Manual):

Các cảnh báo sẽ xảy ra nếu hệ thống bị lỗi: (Cảnh báo Alarm)


Đồ thị Trend:

Chức năng liên kết với website:


Liên kết với file PDF trong máy tính:

Trích xuất lưu trữ dữ liệu sang SQL Server:



CHƯƠNG 4. GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN
4.1. Hoạt động của hệ thống
Hệ thống hoạt động bằng cách nhấn nút Start (bắt đầu) để khởi động đèn chạy hệ
thống.

Hình 4.1.Khởi động hệ thống

Hệ thống được tắt bởi nút nhấn Stop (Dừng) để tắt đèn khởi động, dừng các chế độ
hoạt động của hệ thống, băng tải và sản phẩm.

Hình 4.2.Dừng hệ thống


Hệ thống sẽ được dừng toàn bộ lại nếu ta nhấn nút Reset sẽ tắt các chương trình đang
chạy của hệ thống.

Hình 4.3.Dừng tồn bộ hệ thống.
Khi đèn khởi động hệ thống được bật, ta chọn chế độ điều khiển tự động hệ thống sẽ
được chuyển sang chế độ tự động và bật đèn báo bên cạnh đó sẽ tắt chế độ bằng tay.

Hình 4.4. Khởi động chế độ tự động.