MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM - PLC S7-1200

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.1 MB, 42 trang )

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH</b>

<b>ĐỒ ÁN MƠN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG</b>

<b>TÊN ĐỒ ÁN</b>

<b>NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓAGIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: </b>

<b>TP. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>MỤC LỤC</b>

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU...1

1.1. Thực trạng của phân loại nông thủy sản...1

1.2. Tổng quan về các hệ thống tự động phân loại sản phẩm nông thủy sản...1

1.2.1. Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng tay gạt...1

1.2.2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng khay...3

1.3. Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài...4

1.3.1. Mục tiêu...4

1.3.2. Giới hạn đề tài...4

1.4. Khái quát hệ thống dự kiến...4

1.4.1. Các thông số kỹ thuật yên cầu để thiết kế...4

1.4.2. Các u cầu về an tồn...5

1.4.3. Mơ tả chức năng của hệ thống...5

1.4.4. Sơ đồ khối của hệ thống...5

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG...7

2.1. Thiết kế cơ khí cho hệ thống...7

3.2. Mô tả hoạt động của hệ thống...9

3.3. Xây dựng lưu đồ giải thuật (Gemma, Grafcet)...10

3.4. Xác định bảng địa chỉ ra và vào của hệ thống...10

3.5. Thiết kế SCADA...12

CHƯƠNG IV: TỔNG HỢP HỆ THỐNG...14

4.1. Chế tạo phần cứng...14

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

4.2. Thực nghiệm mô phỏng hệ thống...17

CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...23

5.1. Kết luận...23

5.2. Hướng phát triển đề tài...23

TÀI LIỆU THAM KHẢO...24

PHỤ LỤC...26

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

18 TiaPortal Totally Integrated Automation Portal

<b>DANH MỤC CÁC HÌNH ẢN</b>

<b>Hình 1.1: Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng tay gạt...1Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng khay...3Hình 1.4: Sơ đồ khối của hệ thống...6YHình 2.1: Bản vẽ thiết kế mơ hình phân loại...7Hình 2.9: PLC S7-1200, CPU 1214 DC/DC/DC</b>

<b>Hình 3.5: Grafcet A6 đưa hệ thống về trạng thái ban đầu...10</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>Hình 4.10: Mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng...17</b>

<b>Hình 4.11: Sản phẩm trên băng tải vận chuyển...18</b>

<b>Hình 4.13: Xylanh phân loại I đẩy sản phẩm...20</b>

<b>Hình 4.14: Xylanh phân loại II đẩy sản phẩm...21</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>DANH MỤC CÁC BẢNG</b>

<b>Bảng 3.1: Danh sách Input và Output của PLC...12</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU1.1. Thực trạng của phân loại nông thủy sản</b>

Hiện nay ngành thực phẩm Việt Nam đang phát triển rất mạnh, đặc biệt là ngànhnông thủy sản xuất khẩu đang là sản phẩm chính mang lại ngoại tệ lớn cho nước nhà.Trong khi đó nguồn lao động khan hiếm đang là vấn đề chính khiến khơng ít các cơngty, nhà máy phải đau đầu tìm các phương án thay thế. Vì công nhân đa số đều ướcchừng sản phẩm bằng tay hoặc bằng mắt thường khiến cho công việc phân loại có saisố cao, khơng những vậy chi phí, thời gian đào tạo và kinh nghiệm sản xuất là vấn đềlớn cho doanh nghiệp.

Do đó dịng sản phẩm máy phân loại đã ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu giải quyết vấnđề về nhân cơng sản xuất, ngồi ra thiết bị phân loại cịn nâng cao hiệu quả cơng suất.

<b>1.2. Tổng quan về các hệ thống tự động phân loại sản phẩm nông thủy sản</b>

Các hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng đều an toàn, dễ sử dụng, hiệu suấtcơng việc tăng lên, an tồn vệ sinh thực phẩm và giảm thời gian làm việc của côngnhân. Sử dụng điện, khơng có khí thải, chất liệu khơng gây hại môi trường.

<b>1.2.1. Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng tay gạt</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<i><b>Hình 1.1: Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng tay gạt</b></i>

Máy phân loại trọng lượng gia cầm này sử dụng băng tải có hiệu suất cho nguyêncon cả gà và vịt, đặc biết là phương pháp làm sạch gia cầm với việc cung cấp thủcơng. Ngồi ra phân loại ức gà, cánh gà và chân gà sẽ có mơ hình nhỏ hơn chochúng.

 Kích thước sản phẩm tối đa: 400x250x100mm (Dài x Rộng x Cao). Kích thước hệ thống cân: 600x300mm (Dài x Rộng).

 Tiêu chuẩn: IP65.

 Tốc độ phân loại cao: 6000 pcs / phút có thể điều chỉnh.

 Chống thấm nước và chống ẩm, thiết bị chống ngưng tụ trong hộp điện.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

 Hệ thống cân và kiểm sốt đáng tin cậy và ổn định.

 Có thể xuất dữ liệu cân xuống cổng USB trong trang tính Excel. Màn hình hoạt động: Màn hình cảm ứng màu 8 inch.

<b>1.2.2. Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng khay</b>

<i><b>Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng khay</b></i>

Hệ thống có thể cho nhiều loại sản phẩm vào khay cân để cân, phân loại sảnphẩm một cách tự động. Các sản phẩm mềm hơn, loãng hơn và nhớt hơn sẽ dễ phânloại hơn. Phù hợp để cân và phân loại gia cầm, hải sản và thảo mộc.

<b>Thông số kỹ thuật:</b>

 Mã sản phẩm: YGW-YP170F8. Nguồn cấp: AC220V, 50/60Hz.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

 Tốc độ phân loại: 250-300 pcs/min. Phạm vi khối lượng: ≤500g ± 0.3-3g.

 Kích thước sản phẩm tốt đa: 120x80mm (Dài x Rộng). Tiêu chuẩn: IP65.

 Tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm HACCP, IFS, CE và FDA.

 Giao diện hoạt động dễ sử dụng: Màn hình màu cảm ứng 10 inch, có tính bảo mậtngười dùng, lưu trữ thông số 100 sản phẩm.

 Lưu trữ và xuất dữ liệu thuận tiện, kết nối Bluetooth có thể xuất dữ liệu sangUSB. Kết nối thiết bị ngoại vi và quản lý nhiều máy với nhau.

 Tốc độ có thể điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu. Chức năng báo cáo, tạo báo cáo ở định dạng Excel.

 Giá mua: 9000-10000 USD.



Bảo hành 1 năm và dịch vụ trọn đời.

<b>1.3. Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài1.3.1. Mục tiêu</b>

Mục tiêu công nghệ: áp dụng công điều khiển tự động Grafcet sử dụng PLC.Mục tiêu giám sát và phân tích q trình hoạt động dựa trên thiết kế hệ thống điềukhiển phân loại sản phẩm theo khối lượng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

<b>1.3.2. Giới hạn đề tài</b>

Do kiến thức và thời gian có giới hạn nên đề tài chỉ dừng lại ở mức độ tìm hiểu,thiết kế và thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo 3 khoảng khối lượng từ 40g -105g, 105g – 185g và hơn 185g. Từ kết quả nghiên cứu của đề tài này có thể bổsung, chỉnh sửa và phát triển ra các hệ thống trên thực tế.

<b>1.4. Khái quát hệ thống dự kiến</b>

<b>1.4.1. Các thông số kỹ thuật yên cầu để thiết kế</b>

Dự kiến thiết kế mơ hình hệ thơng phân loại sản phẩm theo khối lượng: Sử dụng PLC S7-1200.

CB để bảo vệ nguồn điện và các thiết bị điện.Nút Emergency.

<b>1.4.3. Mô tả chức năng của hệ thống</b>

Chế độ tự động: các quá trình vận chuyển, cân và phân loại sản phẩm sẽ được hệthống làm việc một cách tự động.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Chế độ thủ công: hệ thống sử dụng các nút nhấn để điều khiển băng tải 1(băng tảivận chuyển sản phẩm), băng tải 2(băng tải phân loại sản phẩm), xylanh 1, xylanh 2và xylanh 3.

<b>CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI</b>

<b>RELAY TRUNG GIANVAN ĐIỆN TỬ </b>

<i><b>Hình 1.3: Sơ đồ khối của hệ thống</b></i>

 Nguồn cấp: Cung cấp nguồn cho toàn bộ thiết bị trong hệ thống.

 Cảm biến khối lượng: Tạo ra tín hiệu điện có độ lớn tỷ lệ thuận với lực được đo. Cảm biến hồng ngoại: Phát hiện vật bằng cách phát hoặc nhận bức xạ hồng ngoại

trong môi trường.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

 Van điện tử khí nén: Điều khiển chuyển động của xylanh. Xylanh: Đẩy vật thông qua việc điều khiển van điện tử khí nén. Đèn báo: Nhiệm vụ hiển thị, báo sự cố.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>CHƯƠNG II: THIẾT KẾ PHẦN CỨNG2.1. Thiết kế cơ khí cho hệ thống</b>

<i><b>Hình 2.1: Bản vẽ thiết kế mơ hình phân loại</b></i>

- Băng tải 1: Vận chuyển sản phẩm vào khu vực bàn cân.

- Băng tải 2: Vận chuyển sản phẩm đến các cơ cấu phân loại khi đã cân xong.- Xylanh 1: Đẩy sản phẩm sang khu vực phân loại khi đã cân xong.

- Xylanh 2 và xylanh 3: Đẩy sản phẩm vào khu vực đã được nhận lệnh.- Cảm biến 1, 2 và 3: Cảm biến phát hiện vật.

<b>2.2. Thiết kế mạch động lực</b>

<b>2.3. Thiết kế mạch điều khiển2.3.1. PLC S7-1200</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Thiết bị lập trình được cho phép linh hoạt các thực tốn điều khiển logic thơngqua một ngơn ngữ lập trình cho phép người sử dụng có thể lập trình để thực hiệnmột loạt trình tự các sự kiện.

Thông số kĩ thuật:

 Loại sản phẩm: CPU 1214C DC/DC/DC. Phiên bản phần mềm: V4.4.

 Phần mềm lập trình: STEP 7 V16 hoặc cao hơn. Ngõ vào số: 14 DI, 24VDC.

 Ngõ vào tương tự: 2 AI, 0-10VDC. Ngõ ra số: 10 DO, 24VDC.

 Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 100KB. Nguồn cấp: 20.4-28.8 VDC.

 Dòng điện: 500mA.

 Giao thức truyền thống: Ethernet.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>CHƯƠNG III: THIẾT KẾ PHẦN MỀM3.1. Sơ đồ hệ thống</b>

<b>3.2. Mô tả hoạt động của hệ thống</b>

<b>Hệ thống chạy sản xuất ở chế độ auto:</b>

- Kết hợp gạt công tắc sang chế độ Auto rồi nhấn nút Start: Hệ thống bắt đầu hoạtđộng, băng tải 1(băng tải vận chuyển sản phẩm) chạy.

- Khi cảm biến phát hiện sản phẩm ở băng tải 1 phát hiện có sản phẩm vào, băngtải 2(băng tải phân loại sản phẩm) chạy.

- Khi cảm biến phát hiện sản phẩm ở băng tải 1 phát hiện có sản phẩm thứ 2 vào,băng tải 1 (băng tải vận chuyển sản phẩm) dừng.

- Khi có sản phẩm trong khu vực cân, loadcell có nhiệm vụ xác định khối lượngsản phẩm và xy lanh vận chuyển sản phẩm đã được xác định khối lượng sangbăng tải 2 để tiến hành phân loại sản phẩm.

- Sản phẩm được xác định khối lượng sẽ được vận chuyển đến băng tải 2 phân loại: Nếu sản phẩm đạt từ 40g – 105g và cảm biến phát hiện sản phẩm loại I thì cho

phép xylanh phân loại loại I đẩy sản phẩm vào ô chứa loại I.

 Nếu sản phẩm đạt từ 105g – 185g và cảm biến phát hiện sản phẩm loại II thìcho phép xylanh phân loại loại II đẩy sản phẩm vào ô chứa loại II.

 Nếu sản phẩm đạt từ 185g trở lên băng tải 2 sẽ vận chuyển sản phẩm tới ô chứaloại III.

<b>Hệ thống chạy kiểm tra khơng theo trình tự ở chế độ manual:</b>

 Nhấn nút điều khiển băng tải 1 thì băng tải 1 chạy.

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

 Nhấn nút điều khiển băng tải 2 thì băng tải 2 chạy.

 Nhấn nút điều khiển xy lanh ở khu vực cân thì xy lanh đẩy. Nhấn nút điều khiển xy lanh phân loại loại I thì xy lanh đẩy.



Nhấn nút điều khiển xy lanh phân loại loại II thì xy lanh đẩy.

<b>3.3. Xây dựng lưu đồ giải thuật (Gemma, Grafcet)</b>

<i><b>Hình 3.1: Grafcet A6 đưa hệ thống về trạng thái ban đầu</b></i>

<b>3.4. Xác định bảng địa chỉ ra và vào của hệ thống</b>

Thiết bị

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

2 Nút nhấn dừng STOP INPUT DI a.1

6 Cảm biến phát hiện vật ở băng chuyền 1 INPUT DI a.5

11 Nút điều khiển xy lanh đẩy PL 1 (XL 2) INPUT DI b.212 Nút điều khiển xy lanh PL 2 (XL 3) INPUT DI b.313 Nút điều khiển xy lanh ĐẨY SP (XL 1) INPUT DI b.4

26 Solenoid xy lanh đẩy sp (XL 1) OUTPUT DQ a.5

<i><b>Bảng 3.1: Danh sách Input và Output của PLC</b></i>

<b>3.5. Thiết kế SCADA</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<i><b>Hình 3.2: Màn hình chính HMI</b></i>

Màn hình chính HMI:

 Motor 1: Điều khiển băng chuyền vân chuyển.

 SS_Entry: Cảm biến phát hiện sản phẩm ở băng chuyền đầu vào.

 Xy lanh 1: Đẩy sản phẩm đã được cân từ cân qua băng chuyền phân loại. Motor 2: Điều khiển băng chuyền phân loại.

 SS_I: Cảm biến phát hiện sản phẩm loại I. Xy lanh 2: Đẩy sản phẩm loại I.

 SS_II: Cảm biến phát hiện sản phẩm loại II. Xy lanh 3: Đẩy sản phẩm loại II.

 Nút M_CY 1: Nút nhấn điều khiển xy lanh 1. Nút M_CY 2: Nút nhấn điều khiển xy lanh 2. Nút M_CY 3: Nút nhấn điều khiển xy lanh 3.

 Nút M_CO 1: Nút nhấn điều khiển băng chuyền vận chuyển.

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

 Nút M_CO 2: Nút nhấn điều khiển băng chuyền phân loại. Nút ON_EX/ OFF_EX: Nút xuất/ dừng xuất file excel.

 Vùng cài đặt khối lượng: Cài đặt khối lượng nhỏ nhất và lớn nhất của từng loạitheo mong muốn để hệ thống phân loại.

<i><b>Hình 3.3: Xuất file excel</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

<b>CHƯƠNG IV: TỔNG HỢP HỆ THỐNG4.1. Chế tạo phần cứng</b>

<i><b>Hình 4.1: Băng tải vận chuyển sản phẩm</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<i><b>Hình 4.2: Băng tải với cơ cấu máng trượt</b></i>

<i><b>Hình 4.3: Bàn cân loadcell</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<i><b>Hình 4.4: PLC và nguồn cấp</b></i>

<i><b>Hình 4.5: Nút nhấn và hệ thống khí nén</b></i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<b>4.2. Thực nghiệm mơ phỏng hệ thống</b>

<i><b>Hình 4.6: Mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng</b></i>

Mơ hình hệ thống phân loại hoàn chỉnh gồm 2 băng tải, bàn cân loadcell, 3 xylanh đẩy,3 cảm biến phát hiện vật, 8 nút nhấn, cơng tắc vị trí và nút nhấn Emergency.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

<i><b>Hình 4.7: Sản phẩm trên băng tải vận chuyển</b></i>

Các sản phẩm với khối lượng khác nhau sẽ được vận chuyển bằng băng tải 1, vào khuvực bàn cân để xác định giá trị phân loại.

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Sản phẩm sau khi vào khu vực bàn cân để xác định khối lượng của sản phẩm, cùng lúcđó băng tải 1 sẽ vận chuyển sản phẩm tiếp theo và cảm biến phát hiện vật ở băng tải 1xác định có vật tiếp theo vào khu vực bàn cân.

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<i><b>Hình 4.9: Xylanh phân loại I đẩy sản phẩm</b></i>

Sản phẩm sau khi được cân sẽ được đẩy sang băng tải 2 nhờ cơ cấu đẩy của xylanh ởkhu vực bàn cân và tiếp tục quá trình cho các sản phẩm tiếp theo. Lúc này sản phẩmđược xác định loại I đi qua cảm biến phát hiện vật loại I và được xylanh phân loại I đẩyvào khu vực chứa sản phẩm loại I.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<i><b>Hình 4.10: Xylanh phân loại II đẩy sản phẩm</b></i>

Sản phẩm được xác định loại II sẽ đi qua cảm biến phát hiện vật loại II được xylanhphân loại II đẩy vào khu vực chứa sản phẩm loại II.

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

Sản phẩm vượt quá giá trị xác định của khu vực phân loại I và II, sẽ đi qua cảm biếnphát hiện vật I và II để đi tới khu vực phân loại sản phẩm loại III.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

<b>CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN5.1. Kết luận</b>

<b>5.1.1. Kết quả đạt được</b>

Sau khoảng thời gian nghiên cứu và thiết kế mơ hình, nhóm cũng đã thực hiện xong đề tài HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG với những kết quả đạt được như:

 Lựa chọn được phương án cơ khí và thiết bị điện phù hợp với mơ hình.

 Thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm hồn chỉnh với phần mềm điều khiển, cơcấu vận chuyển bằng băng tải và cơ cấu phân loại bằng xylanh khí nén.

 Hệ thống phân loại thành công với 3 khoảng khối lượng từ 40g – 105g, 105g –185g và hơn 185g.

 Giao diện SCADA giám sát và điều khiển phù hợp. Chức năng xuất báo cáo ở định dạng Excel.

<b>5.1.2. Kết quả chưa đạt được</b>

Bên cạch những kết quả đã đạt được, mơ hình còn một số hạn chế:

 Tốc độ phân loại còn chưa đủ nhanh so với nhu cầu trong công nghiệp thực tế. Sai số của loadcell còn khá cao.

<b>5.2. Hướng phát triển đề tài</b>

Để phù hợp với kinh tế, thời gian và các yếu tố khách quán khác, hướng phát triển của nhóm đề ra:

 Cần điều chỉnh được tốc độ của băng tải (điều khiển tốc độ băng tải).

 Thiết kế thêm tay gắp sản phẩm lên băng tải vận chuyển sản phẩm, thay vì thủ cơng.

 Sử dụng cảm biến loadcell cơng nghiệp để có độ chính xác và ổn định hơn.

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO</b>

[1] Võ Trí An, Điều khiển logic các thiết bị điện – điện tử, Nhà xuất bản khoa học vàkỹ thuật Hà Nội, Năm 2006, Chương 5: Mô tả và tổng hợp hệ dãy theo phươngpháp biểu đồ điều khiển các giai đoạn và biến cố.

[2] R. Bourgeois, P. Dalle, B. Maizieres, E. Esvan, E. Seuillot, Cẩm nang kỹ thuật điệntự động hóa và tin học cơng nghiệp, Lê Văn Doanh dịch, Nhà xuất bản khoa học vàkỹ thuật Hà Nội, Năm 1999, Phần thứ nhất: Tự động hóa và tin học cơng nghiệp.[3] ThS. Nguyễn Vạn Quốc, Lập trình PLC, Đại học công nghệ TPHCM, Năm 2019,

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

[11] www.mouser.vn[12] [13]

[14] www.datasheetarchive.com[15] www.alldatasheet.com[16] www.relayspec.com

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">