(TIỂU LUẬN) báo cáo điều KHIỂN lập TRÌNH đề tài PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO màu sắc và ĐÓNG THÙNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

BÁO CÁO ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH
ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ ĐĨNG
THÙNG

GIẢNG VIÊN: NGUYỄN TẤN ĐỜI

SINH VIÊN
ĐỖ ANH ĐƠNG
NGUYỄN THANH BÌNH
NGUYỄN VIẾT DUẨN


MỤC LỤC
Chương 1: Giới thiệu Hệ
thống 1.1 Giới thiệu tổng quan.
1.2 Mơ tả các thành phần hệ thống.
1.3 Hình vẽ 3D mô tả hệ thống.
Chương 2: Thiết kế trang bị điện cho hệ thống
2.1 Quy trình vận hành hệ thống.
2.2 Thiết kế sơ đồ các khối chức năng.
2.3 Chọn thiết bị cho các khối.
2.4 Sơ đồ nối dây thiết bị.
Chương 3: Điều khiển và Vận hành hệ
thống 3.1 Điều khiển hệ thống bằng PLC
3.2 Thiết kế hệ thống ảo trên Factory I/O
3.3 Giao tiếp Factory I/O và PLCSIM
Chương 4: Kết quả và Kết luận
4.1 Kết quả đạt được

4.2 Kết luận


Chương 1: Giới thiệu Hệ thống
1.1 Giới thiệu tổng quan
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ
thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trị
hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý,
công nghiệp tự động hóa… Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và
vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp
vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong
sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng.
Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây
chuyền sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động
hóa trong q trình sản xuất. Một trong những khâu sản xuất tự
động hóa đó là khâu phân loại nơng sản thực phẩm sử dụng bộ
điều khiển lập trình PLC Siemens.
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và cơng trình
trước đây, nhóm quyết định chọn đề tài: “PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
THEO MÀU SẮC VÀ ĐÓNG THÙNG”.
Và nhiều hệ thống chỉ thực hiện phân loại mà chưa thực
hiện giám sát, quản lý việc phân loại. Vì vậy chúng ta cần xây
dựng việc giám sát quá trình phân loại cho hệ thống.

1.2 Mô tả các thành phần hệ thống.
Tủ điều khiển: bao gồm các nút start, stop, reset các bộ
đếm sản phẩm và thùng chứa.


- Băng tải: dùng để vận chuyển các sản phẩm

Cảm biến màu sắc: dùng để phân loại sản phẩm theo màu
sắc
(gồm 3 màu: green, blue, metal)

Pusher: sau khi phân loại các sản phẩm theo đúng màu
sắc, pusher có nhiệm vụ đẩy sản phẩm vào băng tải phụ để tiến
hành đếm sản phẩm.

- Cảm biến đếm sản phẩm:


Băng tải ngắn,băng tải dài và pusher: khi sản phẩm đến
cảm biến đếm sản phẩm, thùng chứa ở băng tải ngắn được
pusher đẩy ra băng tải dài, đợi đủ sản phẩm rồi tiến hành vận
chuyển.

- Còi báo động:

- Cảm biến thùng: để đếm các thùng sản phẩm đã hoàn thành


1.3 Hình vẽ 3D mơ tả hệ thống.


Chương 2: Thiết kế trang bị điện cho hệ thống
2.1.Quy trình hệ thống

2.2.Thiết kế sơ đồ các khối chức năng

2.3.Chọn thiết bị cho các khối
2.3.1.Khối nguồn
- Có chức năng cung cấp nguồn điện cho toàn bộ các
khối trong hệ thống.
- Sơ đồ khối:

-

Trong đó:
+ Biến áp có chức năng hạ áp xoay chiều 220V
+ Mạch chỉnh lưu cầu diode và tụ lọc chỉnh lưu
điện áp xoay chiều thành 1 chiều.


2.3.2.Khối ngõ vào ra
Nút nhấn
Nút nhấn thường được dùng để khởi động, dừng và đảo
chiều quay các động cơ điện bằng cách đóng cắt các cuộn
dây nam châm điện của công tắc tơ, khởi động từ.

Nút nhấn thường được đặt ở bảng điều khiển, trên tủ điện.
Các loại thông dụng có dịng định mức 5A, điện áp ổn định định
mức là 400V, tuổi thọ lên đến 200.000 lần đóng cắt.

- Nút màu xanh dùng cho start và nút đỏ dùng cho stop.

Cảm biến màu sắc

Cảm biến màu sắc TCS34725


Chức năng: Cảm biến màu sắc TCS34725 được dùng để
nhận biết màu sắc thông qua việc đo phản xạ 3 màu cơ bản là đỏ,
xanh lá, xanh dương của vật thể.
Thơng số kỹ thuật:
+
Điện áp: 3~5VDC
+
Dịng tiêu thụ: 15mA
+
Giải đo: RGB 0~255
+
Tần số: 10Hz
+
Tích hợp MCU xử lý và chuyển đổi giao tiếp.
Giao tiếp:
+
I2C của TCS34725.
+
I2C của MCU.
+
UART của MCU.
-

Cảm biến phát hiện vật thể:

Cảm Biến Quang E3Z-D81 12-24VDC NPN
-

Thông số kỹ thuật:
+
+
+
+
+
ra
+
+
+
+

Nguồn cấp: 12~24VDC ±10%
Ngõ ra: NPN, 26.4VDC max., 100mA max.
Chọn ngõ ra Light-ON / Dark-ON
Nguồn sáng: Infrared LED (860nm)
Mạch bảo vệ: Ngược cực nguồn cấp, ngõ ra; ngắn mạch ngõ
Thời gian đáp ứng: 1ms max.
Biến trở điều chỉnh độ nhạy
Ổn định với ánh sáng môi trường.
Nhiệt độ môi trường: -20 ~ 55oC

Relay trung gian


Relay trung gian được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo
vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động.

Cấu trúc của relay

- Nguyên lí làm việc: Nếu cuộn dây của rơ le được cấp điện áp định
mức sẽ tạo ra trong mạch từ từ thông. Khi cắt điện của cuộn dây, lò xo
nhả sẽ đưa nắp và các tiếp điểm về vị trí ban đầu..
- Relay trung gian có kích thước nhỏ gọn, số lượng tiếp điểm đến 4
cặp thường đóng và thường mở liên động, công suất tiếp điểm cỡ 5A,
250VAC, 28VDC; thời gian tác động dưới 0,05s; tuổi thọ tiếp điểm đạt
10^6 ± 10^7 lần đóng cắt, cho phép tần số thao tác dưới 1200 lần/h.
- Trong hệ thống sử dụng relay trung gian Omron LY2N-J

-

Các thông số của OMRON LY2N-J:

+ Điện áp cuộn dây: 24VDC
+ Thông số của tiếp điểm: 5A - 24VDC.
+ Loại : Relay 8 chân lớn 10A
+ Chỉ thị hoạt động : Tích hợp chỉ thị cơ học báo tiếp điểm
đóng ngắt.


Công tắc tơ (contactor)
Contactor là một công tắc điều khiển điện được sử dụng
để chuyển đổi một mạch điện. Có dải hoạt động từ chỗ có dịng
cắt một vài ampe đến hàng ngàn ampe và từ 24V cho đến
Kilôvôn.
Nguyên lý hoạt động: Khi dòng điện chạy qua nam châm
điện, một từ trường được tạo ra, sẽ hút lõi di động của contactor.
Tiếp điểm động được thúc đẩy bởi lõi di động, lực tạo ra bởi nam
châm điện sẽ giữ cho các tiếp điểm di động và cố định với nhau.
Khi cuộn dây contactor bị cắt điện, trọng lực hay lò xo sẽ trả lõi

nam châm điện về vị trí ban đầu và mở các tiếp điểm ra.

-

Các thông số của Contactor GMC-22:
+
Điện áp: 220V AC
+
Dòng điện định mức: 22A
+
Tiếp điểm: 1NO + 1NC
+
Số cực: 3 cực

Đèn báo (warning light)
Là một thiết bị có chức năng thơng báo những sự cố hoặc
những tín hiệu cần thơng báo trong q trình hoạt động của các dây
chuyền sản xuất, hệ thống tự động hoá xảy ra vấn đề bất thường.

-

Hiện nay, các loại đèn báo trong công nghiệp thông
thường hay được sử dụng điện áp 220VAC, 24VDC.


Trong hệ thống của nhóm, đèn báo được sử dụng để báo
khi băng tải chạy nhưng khơng có sản phẩm được đưa vào, lúc
này đèn báo sẽ sáng để người điều khiển dừng hệ thống.

2.3.3. Khối xử lý trung tâm

Bộ điều khiển sử dụng PLC S7-1200 mang lại tính linh
hoạt, điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về
điều khiển tự động.
Kết hợp một bộ vi xử lý, các mạch ngõ vào ra trong một kết
cấu thu gọn. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra
theo logic của chương trình người dùng.

PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
-

Thông số kỹ thuật:
+
SIMATIC S7-1200, CPU 1214C.
+
Compact CPU, DC/DC/DC.
+
Onboard I/O: 14 DI 24VDC, 10 DO 24VDC, 2 AI 0-10
VDC.


+
+
+
+
+
+
+

Power supply: DC 20.4-28.8V DC.
Program/data memory 100KB

Module mở rộng tín hiệu: 8
Bộ nhớ bit: 8192 byte
Các bộ đếm tốc độ cao: 6
Tốc độ thực thi Boolean: 0,1 μs/lệnh
Tốc độ thực thi tính tốn thực: 18 μs/lệnh

2.3.4. Khối cơ cấu chấp hành
2.3.4.1. Khối băng tải
Động cơ 1 chiều điều khiển băng tải
- Trong mơ hình, vì sử dụng truyền động băng tải và khơng u cầu
sản phẩm có tải trọng lớn nên khơng cần động cơ có cơng suất q
lớn. Với yêu cầu của băng tải đơn giản như:
+
Băng tải chạy liên tục, có thể dừng khi cần.
+
Khơng u cầu độ chính xác cao, tải trọng nhẹ.
+
Dễ điều khiển, giá thành thấp.
Động cơ điện 1 chiều được dùng rất phổ biến trong công nghiệp
và ở những thiết bị cần điều chỉnh tốc độ quay liên tục.
Cấu tạo gồm: stato (phần cảm), rotor (phần ứng), cổ góp, chổi
than.
Với yêu cầu điều khiển đơn giản và trọng tải thấp thì sử dụng
một motor có cơng suất nhỏ cho phù hợp với hệ thống sẽ tiết kiệm
được điện năng.

Động cơ giảm tốc 1 pha GGM có cơng suất 200W và nguồn cấp 1
pha 220V, hộp số ⅕.

2.3.4.2. Khối xy lanh

Có chức năng đẩy sản phẩm đã phân loại ra khỏi băng tải
chính và hồn thành việc phân loại.


Xi lanh khí nén là cơ cấu vận hành có chức năng biến
đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng cung
cấp cho các chuyển động.

Cấu tạo và ký hiệu của xy lanh khí nén
- Hệ thống sử dụng xy lanh khí nén KCC ACP-CB16-S80

-

Các thơng số của KCC ACP-CB16-S80
+
Dãy nhiệt độ: 5 - 60 độ C
+
Tốc độ piston: 50 - 700 mm/giây
+
Trạng thái đẩy: khí


2.4. Sơ đồ nối dây thiết bị

Sơ đồ ngõ vào/ra và nguồn hoạt động và PLC S7-1200

Sơ đồ nối dây thiết bị


Mạch động lực động cơ của băng tải

Sơ đồ xy lanh của Pusher

Chương 3: Điều khiển và Vận hành hệ thống
3.1 Điều khiển hệ thống bằng PLC
Cấu hình phần cứng


- Khai báo các tags



- Chương trình PLC