BÁO CÁO CUỐI KỲ PLC(có kèm theo file mô phỏng thành công): THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO SỬ DỤNG PLC S7-1200 VÀ FACTORY IO

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 MÔN HỌC
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN
LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO

GVHD:
SVTH:

Tp. Hồ Chí Minh tháng

năm

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN......................................................................................................3


1.1

ĐẶT VẤN ĐỀ.................................................................................................................3

1.2

MỤC TIÊU......................................................................................................................3

1.3

NỘi DUNG NGHIÊN CỨU...........................................................................................3

1.4

GIỚI HẠN.......................................................................................................................3

CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ................................................................................4
2.1 U CẦU ĐIỀU KHIỂN...................................................................................................4
2.2TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG.........................................................................4
2.2.1 Sơ đồ khối chức năng...................................................................................................4
2.2.2 Chọn thiết bị cho các khối............................................................................................4
 Tủ điện.............................................................................................................................4
 Cảm biến chiều cao.........................................................................................................5
 Cảm biến màu sắc...........................................................................................................5
 Băng tải...........................................................................................................................7
 Pop Up Wheel Sorter.......................................................................................................8
 Pusher..............................................................................................................................9
 Van khí nén......................................................................................................................9
 PLC................................................................................................................................10
2.3Sơ đồ nối dây thiết bị.........................................................................................................11
2.3.1Mạch nối dây PLC.......................................................................................................11
2.3.2Mạch động lực.............................................................................................................12
2.3.3Mạch khí nén...............................................................................................................12
CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG.....................................................................................14
3.1 Giới thiệu về Factory I/O..................................................................................................14
3.2Thiết kế hệ thống ảo trên Factory I/O................................................................................14
3.3 Giao tiếp Factory I/O và PLCSIM....................................................................................17
3.4 Vận hành hệ thống............................................................................................................23
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN................................................................................25
4.1 Kết quả đạt được...............................................................................................................25

4.2Kết luận..............................................................................................................................25


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, do đó các mặt hàng
được sản xuất ra khơng những đạt tiều chuẩn về chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độ
chính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng… Vì vậy các khu cơng nghiệp được
hình thành với nhiều dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại để phối hợp với nhu cầu sản
xuất, để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất. Trong các nhà máy, các sản phẩm
được sản xuất ra trước khi được xuất xưởng thì phải trải qua nhiều giai đoạn kiểm tra và
phân loại sản phẩm theo các tiêu chí do nhà sản xuất yêu cầu. Cụ thể ở các nhà máy phân
loại trái cây ta có thể nhận biết màu sắc của trái cây mà đánh giá chất lượng và phân loại
sản phẩm, hay ở các kho hàng của Tiki, lazada, … cần có một hệ thống phân loại các mặt
hàng khác nhau để có thể giao cho khách hàng hợp lý và tốn ít chi phí vận chuyển. Để hiểu
rõ hơn về cách thức hoạt động của các dây chuyền phân loại trong công nghiệp và ứng dụng
PLC trong cơng nghiệp, nhóm chúng em thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO”.
1.2 MỤC TIÊU
Thiết kế được hệ thống phân loại sản phẩm theo màu và theo chiều cao dùng các cảm
biến .
Lập trình trên TIA PORTAL và mô phỏng hệ thống đã thiết kế chạy được trên FACTORY
IO .
1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Tính tốn và thiết kế
Chương 3: Thiết kế hệ thống
1.4 GIỚI HẠN
Sử dụng các cảm biến để phân loại màu sắc và chiều cao .
Sử dụng các kiến thức đã học để viết chương trình .

Mơ hình được mô phỏng trên FACTORY IO


CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ
2.1 U CẦU ĐIỀU KHIỂN
Phân loại theo màu sắc : Mơ hình nhận diện được các sản phẩm theo 3 màu (màu xanh lam ,
màu xám , màu lục ) và được các xilanh để đẩy qua các bang tải theo từng loại màu riêng biệt .
Phân loại theo chiều cao : Mơ hình nhận diện được 2 loại hộp là S và L để đưa qua các bang
tải tương ứng .
2.2TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG
2.2.1 Sơ đồ khối chức năng
PLC S7 1200

KHỐI NGUỒN

KHỐI PHÂN
LOẠI MÀU SẮC

KHỐI VẬN
CHUYỂN

KHỐI PHÂN LOẠI
CHIỀU CAO

2.2.2 Chọn thiết bị cho các khối

 Tủ điện
+ Có nhiệm vụ khởi động hay dừng hệ thống khi ta tác động vào nút nhấn.
+ Thiết bị chọn lựa: Electric Swicthboard, Start Button, Stop Button, Stop Light, Start
Light.

Bảng thông số:
Tiêu chuẩn
Điện áp cách điện định mức (Ui) V

IEC 61439 - 1
1000 VAC


Điện áp chịu được xung định mức (Uimp)

690 VAC
kV
Tần số định mức (Hz)
50/60
Điện áp hoạt động định mức (Trong A)
Lên đến 400A
Định mức điện áp chịu đựng trong thời gian 25 (100 – 250 – 400A)
ngắn Icw (kA / 1s)
35 (630 – 800A)
Định mức cao nhất chịu được Ipk hiện tại
53
(kA)
Hệ thống tiếp đất
TNC TNS CNTT TT
 Cảm biến chiều cao
+ Có nhiệm vụ nhận biết được vật phẩm dựa trên chiều cao
+ Thiết bị chọn lựa: Diffuse Sensor

Bảng thông số:

Loại
Tên thiết bị
Phạm vi cảm biến MAX
Phương pháp cảm biến
Điện áp cung cấp DC
min
Điện áp cung cấp DC
max
 Cảm biến màu sắc

Cảm biến & đầu dò - Cảm biến - Cảm biến ánh
sáng - Cảm biến quang điện khoảng cách
Cảm biến quang điện, cảm biến khoảng cách, 1m
1m
Khuếch tán
24V
240V

- Có nhiệm vụ nhận biết được vật dựa trên màu sắc
- Thiết bị chọn lựa: Vision Sensor


Tên chân

Mô tả

S1, S0 (1,2)

Ngõ vào chọn tỉ lệ tần số ngõ ra

OE (3)

Ngõ vào cho phép xuất tần số ở chân OUT (tích cực mức
thấp)

GND (4)

Chân nối đất

VDD (5)

Chân cấp nguồn (2,7 – 5,5V)

OUT (6)

Ngõ ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc.

S2, S3 (7,8)

Ngõ vào chọn loại photodiode

Thông số kĩ thuật:
 Chuyển đổi cường độ ánh sáng 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 vi điều khiển.
 Điện áp: 2.7 – 5.5V.


 Kích thước: 28.4 x 28.4mm.
 Tần số ngõ ra có độ rộng xung 50%

 Tần số tỉ lệ với ánh sáng có cường độ và màu sắc khác nhau.
 Tần số ngõ ra nằm trong khoảng 2 Hz- 500KHz.

 Băng tải
+ Có nhiệm vụ di chuyển các sản phẩm đi tới nơi mong muốn
+ Thiết bị chọn lựa: Belt Conveyor, Curved Belt Conveyor
+ Belt Conveyor:

Bảng thông số:

Chiều dài bằng tải
Chiều cao
Tải trọng tối đa
Tốc độ
Nguồn cấp
Điện năng tiêu thụ
+ Curved Belt Conveyor:

2m/4m/6m
0.7-1.5m
50kg/m
0.8-2.5m/s
220V 50/60 Hz
1.5KW


Độ rộng
Nguồn cấp
Điện năng tiêu thụ
Tải trọng tối đa

Tốc độ
Góc phân loại

15.7”-31.5”
220V / 50Hz
2.5KW
50kg
250 FPM
30, 45, 60, 90, 180

F
 Pop Up Wheel Sorter
+ Có nhiệm vụ xoay phải hoặc trái có tác dụng làm cho sản phẩm chuyển hướng theo yêu cầu
mong muốn.
+ Thiết bị chọn lựa: Pop Up Wheel Sorter.


Bảng thơng số:

 Pusher
+ Có nhiệm vụ đẩy sản phẩm chuyển đến nơi mong muốn
+ Thiết bị chọn lựa: xilanh AIRTAC TN10

Hình 2-1: Xilanh AIRTAC TN10
Bảng thơng số:


 Van khí nén
+ Có nhiệm vụ kết hợp với xi-lanh để đẩy hàng hóa
+ Thiết bị chọn lựa “6V0510”

Thơng số van khí nén:

 PLC
+ Thu nhận thơng tin và điều khiển hệ thống
+ Thiết bị chọn lựa “PLC S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC (6ES7212-1AE40-0XB0)”


Thông số:


2.3Sơ đồ nối dây thiết bị
2.3.1Mạch nối dây PLC


2.3.2Mạch động lực

2.3.3Mạch khí nén



CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG
3.1 Giới thiệu về Factory I/O
Factory I/O là một phần mềm thiết kế và mơ phỏng các hệ thống điều khiển tự động
hố theo cách trực quan nhất. Phần mềm có thể giao tiếp gần như với mọi PLC. Với bộ thư
viện phong phú, phần mềm Factory IO mô phỏng được các hệ thống, đối tượng thơng dụng
trong hệ thống tự động hố dưới dạng 3D. Nhờ vào phần mềm này người ta có thể tính tốn
các thơng số cho chạy thử mơ phỏng và thiết kế được nhà máy thật, khắc phục các lỗi tại nhà
máy một cách dễ dàng.

3.2Thiết kế hệ thống ảo trên Factory I/O
Hệ thống được thiết kế bằng các thiết bị như sau:


Số

Tên thiết bị

lượng

Tủ
Nút

điện
nhấn

START

Chức năng

Điều

Hình ảnh

khiển

1

On/Off hệ thống

Emitter

1

Tạo ra sản phẩm

Remover

5

Thu hồi sản phẩm

Belt conveyor (6m)

4

Belt conveyor(4m)

4

Nút nhấn STOP

Để vận chuyển
sản phẩm

Để vận chuyển
sản phẩm


Đẩy

Pusher

3

sản

phẩm

vào băng chuyền
tương ứng

Vision sensor

3

Dùng

để

nhận

nhiện

màu

sắc

theo

từng

sản

để

nhận

phẩm

Dùng
Diffuse sensor

2

diện chiều cao
của sản phẩm
Dùng để chuyển
hướng sản phẩm

Pop up wheel sorter

1

sau
phân

khi
loại

được

theo

chiều cao
Để bảo vệ hệ
Safeguard (L)

26

thống

và

thiểu tai nạn

giảm


Safety door

2

Cửa ra vào

Giúp sản phẩm
Aligner

15

không văng khỏi
băng chuyền

Định hướng sản

Wheel aligner

3

phẩm trở lại băng
chuyền

Mơ hình của hệ thống sau khi lắp ráp các thiết bị:

3.3 Giao tiếp Factory I/O và PLCSIM
Sau khi thiết kế được hệ thống 3D trên FACTORY IO thì tiến hành viết chương trình để
điều khiển hệ thống trên phần mềm TIA PORTAL.


Đầu tiên để Factory IO có thể giao tiếp với PLC ta phải có khơi FC9000, này có thể
được tải về từ trang thủ Factory IO

Hình 3-2: Khối FC 9000
Tiếp theo, ta sẽ viết chương trình khi nhấn nút Start tất cả các băng tải hoạt động và khi
nhấn nút STOP thì tất cả các băng tải dừng lại

Hình 3-3: Chương trình dùng chạy ngắt băng tải 1


Hình 3-4: Chương trình dùng chạy ngắt các băng tải cịn lại

Sau đó ta sẽ viết chương trình để khi cảm biến phát hiện vật theo màu sắc phù hợp thì
pusher tương ứng sẽ đẩy hàng vào băng tải tương ứng, từ đây có thể phân loại màu sắc của các

sản phẩm khác nhau.

Hình 3-5: Viết chương trình cho cảm biến lam và pusher lam


Hình 3-6: Viết chương trình cho cảm biến xám và pusher xám

Hình 3-7: Viết chương trình cho cảm biến lục và pusher lục
Sau đó, ta sẽ viết chương trình cho khâu phân loại chiều cao, ở khâu này khi cảm biến
thấp nhận được tín hiệu có sản phẩm thì sản phẩm sẽ được đưa sang bên trái, khi cảm biến
thấp và cao đồng thời nhận được tín hiệu sản phẩm thì sản phẩm sẽ được đưa sang bên phải.

Hình 3-8: Viết chương trình phân loại sản phẩm theo chiều cao


Cuối cùng ta viết chương trình cho đèn nút nhấn Start, Stop, Emitter và các Remover

Hình 3-9: Viết chương trình cho các đèn nút nhấn Start Stop

Hình 3-10: Viết chương trình cho các emitter và remover
Sau khi thiết kế và viết chương trình hồn tất, tiến hành kết nối FACTORY I/O và
PLCSIM:
- Trong quá trình kết nối phải đảm bảo PLCSIM luôn chạy.
- Chọn FILE Driver(F4) để hiện ra cửa sổ giúp chúng ta kết nối .
- Sau đó tiến hành gán các nhãn ngõ vào và ngõ ra vào các chân tương ứng trên PLC-S7
1200


Hình 3-11: Khởi động PLC SIM

Sau khi dán nhãn Factory IO và mở PLC SIM ta có thể vận hành hệ thống mô phỏng.
3.4 Vận hành hệ thống
Để hệ thống hoạt động ta nhấn Connect PLC-SIM với Factory IO. Sau đó ta nhấn nút
Start hệ thống sẽ hoạt động. Sản phẩm sẽ lần lượt được đưa xuống băng tải để phân loại theo
màu sắc và theo chiều cao.


Ở khâu phân loại màu sắc sản phẩm tùy vào màu sắc của hàng hóa mà pusher sẽ đẩy
vào các băng tải khác nhau. Pusher có thể làm được điều này nhờ vào cảm biến màu sắc được
gắn ở đó. Cảm biến này phát hiện ra màu sắc đưa về PLC và PLC ra lệnh cho pusher hoạt
động.

Hình 3-12: Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Ở khâu phân loại sản phẩm theo chiều cao, nhờ vào cảm biến tiệm cận phát hiện chiều
cao hàng hóa từ đó đưa về PLC và PLC ra lệnh cho popup-wheel sorter chuyển hàng qua phải
hay qua trái tùy vào kích thước sản phẩm.

Hình 3-13: Phân loại sản phẩm theo chiều cao


Từ đó, ta có thể thiết kế được hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc và chiều cao và
sử dụng trong khâu sản xuất trong công nghiệp.