THIẾT kế mô HÌNH điều KHIỂN hệ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO màu sắc và mô PHỎNG hệ THỐNG BẰNG WINCC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ
THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO
MÀU SẮC VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG
BẰNG WINCC

1


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1 / 40

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
1.1 GIỚI THIỆU
- Trong sản xuất để đạt năng suất cao, chất lượng tốt và hiệu quả việc áp dụng hệ
-

-

thống tự động là rất quan trọng.
Dây chuyền sản xuất tự động thường bao gồm :
 Hệ thống lắp ráp.
 Hệ thống phân loại.
 Các hệ thống đóng gói.
Trong đó hệ thống phân loại sản phẩm đóng một vai trò quan trọng.
Việc phân loại sản phẩm có thể dựa trên: Hình ảnh, màu sắc, kích thước, trọng
lượng, chiều cao,…

Hình 1.1: Hệ thống phân loại sản phẩm

1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
2 / 40

-

Với sự đa dạng về màu sắc của các sản phẩm, xây dựng mô hình phân loại sản

phẩm theo màu để nâng cao hiệu suất, chất lượng sản phẩm được phân loại.
- Mong muốn được tìm hiểu về thêm PLC và các thiết bị tự động
1.3 MỤC TIÊU
- Lập trình và ứng dụng được PLC.
- Nghiên cứu về các thiết bị được sử dụng trong đồ án: Van khí, relay, xilanh,…
1.4 KẾT QUẢ DỰ KIẾN
- Hệ thống áp dụng cho nhiều loại sản phẩm.
- Có thể điều khiển trực tiếp hoặc từ xa.

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
3 / 40

CHƯƠNG 2: THÔNG SỐ KỸ THUẬT VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA

CÁC THIẾT BỊ
2.1 TÌM HIỂU PLC
-

PLC là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển
logic thông qua ngôn ngữ lập trình.

Hình 2.1: Cấu trúc chung của hệ thống PLC

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
4 / 40

-

Trong đồ án chọn PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC để sử dụng để lập trình
và điều khiển.

Hình 2.2: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
-

Mô tả:
 Model: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC
 Mã hàng: 6ES7214-1AG400XB0
 Hãng sản xuất: Siemens AG
 Xuất xứ: Đức

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
5 / 40

 Nguồn nuôi: 24 VDC.
 Input: 14 DI, 2 AI.
 Output: 10 DO.
 Mở rộng thêm 8 modul I/O.
 Program memory: 100KB

2.2 CÁC THIẾT BỊ KHÁC
2.2.1 Cảm biến sợi quang
-

Cảm biến sợi quang xử dụng nguyên tắc phản xạ toàn phần dẫn hướng đường
đi của laze theo sợi polymer.

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
6 / 40

Hình 2.3: Cấu tạo cảm biến sợi quang
-

Các bộ phận cảm biến quang sợi:
 Đầu sợi quang (Head): Dùng để phát hiện vật bằng ánh sáng laze.
 Sợi quang (FIiber): Dẫn ánh sang thu được tới bộ khuếch đại.
 Bộ khuếch đại (Ampliffer): Xử lý tín hiệu ánh sáng thu được.
 Tín hiệu ngõ ra (Output): Có 3 dây
 Dây nâu: cấp nguồn + 24 VDC cho bộ khuếch đại.
 Dây xanh: cấp nguồn – 0 VDC cho bộ khuếch đại.
 Dây đen: là tín hiệu được bộ khuếch đại xuất ra sau khi sử lý tín
hiệu vào từ đầu sợi quang.

-

Ứng dụng:
 Phát hiện màu.
 Phát hiện vật ở tốc độ cao.
 Phát hiện chi tiết rất nhỏ hoặc mỏng.
 Phát hiện vật trong suốt, mờ hay đục.

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
7 / 40

Hình 2.4: Cảm biến sợi quang Keyence FS-V31
-

Trong thiết kế sử dụng cảm biến quang sợi Keyence FS-V31:
 Điện áp 12 – 24 VDC

 Ngõ ra: NPN
 Thời gian đáp ứng: 33  s – 16 ms
 Có sẳn timer: on-delay, off-delay 0.1 ms – 9.999 ms
 Vỏ bọc: Polycarbonate

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
8 / 40

2.2.2 Cảm biến tiệm cận

Hình 2.5: Cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4 và sơ đồ chân
-

Trong thiết kế sử dụng cảm biến tiệm cận E3F-DS30C4
Thông số:
 Điện áp: 6 – 36 VDC
 Ngõ ra: NPN thường hở
 Khoảng cách phát hiện: 3 – 30 cm
 Số dây: 3 dây
 Dây nâu: VCC
 Dây xanh dương: GND
 Dây đen: tín hiệu

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
9 / 40

2.2.3 Xilanh khí nén
-

Xilanh khí nén là thiết bị cơ được vận hành bằng khí nén.

Hình 2.6: Cấu tạo Xilanh khí nén
-

Cấu tạo Xilanh khí nén:
 Barrel: Thân trụ
 Piston: Pít tông
 Piston rod: Trục Pít tông
 Tie rod: Trục nối
 Cap-end port: Lỗ cấp khí
 Rod-end port: Lỗ thoát khí

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
10 / 40

-

Nguyên lý hoạt động: cấp khí vào lỗ Cap-end port sẽ đẩy piston ra, khi ngưng

cấp khí lỗ Rod-end port sẽ thoát khí ra piston sẽ đẩy rút lại kết thúc một chu kì.
Quá trình xảy ra ngược nếu cấp khí ngược.

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
11 / 40

2.2.4 Van khí
-

Van khí nén là thiết bị điều chỉnh dòng khí nén qua van. Có tác dụng đóng ngắt
và điều chỉnh hướng của khí.

Hình 2.7: Van khí nén 5-2 2 AIRTAC 4V210-08
-

Cấu tạo van khí 5-2 AIRTAC 4V210-08: Có 5 cổng, 3 cổng dưới và 2 cổng trên:
 Cổng P: Cổng đưa khí nến vào
 Cổng R và S: Cổng xã khí
 Cổng A và B: cổng đưa áp xuất tới xilanh
 Nút thử tay: tác động để kiểm tra van còn hoạt động hay không

-

Nguyên lý hoạt động: Khi ở trạng thái thường cổng P và A thông nhau, khi có
tác động cổng P và B thông nhau.

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
12 / 40

2.2.5 Động cơ giảm tốc
-

Dùng kéo băng tải

Hình 2.8: Động cở giảm tốc
-

Thông số:
 Điện áp định mức: 12V
 Tốc độ quay 130 vòng/phút
 Lực kéo: 2.5 Kg
 Đường kính hộp giảm tốc: 37 mm
 Chiều dài hộp số: 24 mm

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
13 / 40

 Đường kính động cơ: 34,4 mm

 Chiều dài động cơ: 24 mm
 Chiều cao trục: 4,5 mm
 Chiều dài trục mở rộng: 16 mm
-

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
14 / 40

2.2.6 Băng tải
-

Băng tải có công dụng đưa vật từ vị trí này sang vị trí khác.

-

Cấu tạo:
 Thân băng nhôm.
 Vải PVC.
 2 đầu có bạc đạn gắn vào.
 Trục kéo bằng động cơ qua dây curoa

Hình 2.9: Băng tải
-

Khích thước: 700 x 70 x 40 mm

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
15 / 40

2.2.7 Bộ nguồn 24VDC
-

Bộ nguồn 24 VDC cấp nguồn cho PLC và các thiết bị sử dụng điện áp 24 VDC

Hình 2.10: Nguồn 24VDC Omron S82G-1524
-

Thông số kỹ thuật:
 Điện áp ngõ vào: 220 VAC
 Điện áp ngõ ra: 24 VDC
 Dòng điện ngõ ra: 7 A
 Công suất bộ nguồn: 150 W

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
16 / 40

Hình 2.11: Cấu tạo bộ nguồn 24 VDC
-

Cấu tạo:
1. DC Output Terminals (+V, -V): Ngõ ra điện áp 24VDC
2. Input Terminals (L, N): Ngõ vào điện áp 220 VAC
3. Input Voltage Selector Terminals (VOLTAGE SELECT)
4. V. ADJ Adjuster: Núm điều chỉnh điện áp ngõ ra
5. Output Indicator (DC ON): Đèn báo ngõ ra có điện áp
6. Remote Sensing (+S, −S)
7. Remote Control Terminals (+RC, −RC)
8. ACG Terminal
9. FG Terminal: Võ thiết bị nối đất
10. NC Terminals
11. Short Bar

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
17 / 40

2.2.8 Nút nhấn
-

Nút nhấn là thiết bị sử dụng để chuyển, đóng và ngắt mạch trong các tủ điện.

Hình 2.12: Nút nhấn LA38-11
-

Thồng số kỹ thuật:








Model: LA38-11
Loại nút nhấn không tự giữ
Đường kính lỗ gắn: 22mm
2 cặp tiếp điểm: 1 NO, 1 NC
Điện áp tối đa: 380 VAC
Dòng điện tối đa: 10 A

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
18 / 40

2.2.9 Đèn báo
-

Đèn báo là thiết bị thể hiện trạng thái, chế độ và tình trạng của hệ thống trực
quang nhất để người vận hành nhìn thấy dể dàng.

Hình 2.13: Đèn báo
-

Thông số kỹ thuật
 Nguồn cấp : 24 VDC
 Dòng tiêu thụ : <=20 mA

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
19 / 40

2.2.10 Bơm khí nén mini
-

Máy bơm khí nén mini dùng bơm khí cấp cho các van khí điều khiển xilanh.

-

Thông số kỹ thuật:
 Điện áp: 12 VDC
 Áp lực nén: 100 PSI (≈ 7kg/cm)

Hình 2.14: Cấu tạo máy bơm khí nén mini
-

Cấu tạo:
 Tay cầm
 Đồng hồ áp suất
 Dây dẫn khí
 Nắp che

 Vòi bơm

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
20 / 40

 Dây cấm
 Thân máy
 Chân đệm

2.2.11 Relay
-

Cấu tạo từ nam châm điện có các tiếp điểm NO và NC.

Hình 2.15: Relay trung gian
-

-

Ưu điểm:
 Số lượng tiếp điểm lớn .
 Mức điện áp đa dạng.
 Chuyển mạch lớn với công xuất nhỏ.
Nguyên lý hoạt động
 Ở trạng thái bình thường, khi chưa cấp nguồn cho relay tiếp điểm NC sẽ
đóng và NO sẽ mỡ ra

 Khi cấp nguồn, cuộn hút sẽ trở thành nam châm điện hút xuống và làm
cho tiếp điễm NC sẽ mở ra và NO sẽ đóng lại

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
21 / 40

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
22 / 40

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG
3.1 NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG
- Các bước thiết kế hệ thống:

Sơ đồ 3.1: Các bước thiết kế

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
23 / 40

-

Sơ đồ giải thuật

Sơ đồ 3.2: Sơ đồ giải thuật

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
24 / 40

-

Sơ đồ khối

Sơ đồ 3.3: Sơ đồ khối hệ thống

Thiết kế mô hình điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm
theo màu sắc và mô phỏng hệ thống bằng WinCC