Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng dùng PLC s7 300 mô phỏng trên wincc

1


2


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật
nói chung và trong lĩnh vực điện-điện tử- tin học nói riêng làm cho bộ mặt xã hội thay
đổi từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng những điều kiện thực tiễn của sản xuất
đòi hỏi những người kỹ sư Tự động hoá tương lai phải được trang bị những kiến thức
chuyên ngành một cách sâu rộng.
Nhận thức được tầm quan trọng đó em nhận đề tài: Thiết kế hệ thống phân
loại sản phẩm theo trọng lượng dùng PLC S7-300 mô phỏng trên Wincc.
Do kiến thức còn hạn chế, trong phạm vi thời gian có hạn, lượng kiến thức lớn
nên bản đồ án môn học không khỏi có những sai sót. Em mong nhận được sự đóng
góp xây dựng của các thầy, cô giáo cũng như bạn bè để bản đề tài thực tập được hoàn
thiện hơn. Trong quá trình làm đồ án môn học em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng
dẫn, chỉ bảo của các thầy, cô giáo cũng như sự đóng góp xây dựng của bạn bè. Đặc
biệt là cô giáo Th.S Đỗ Thị Mai và các thầy cô công tác trong Khoa Công nghệ Tự
động hóa.
Em xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày tháng

3

năm 2019


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM.
1.1. Hệ thống phân loại sản phẩm.

Dây chuyền phân loại sản phẩm là dây chuyền hình thức sản xuất phân thiết bị
thực theo trình tự đặt trước. Dây chuyền phân loại sản phẩm dây chuyền mà sản phẩm
mà phân theo phân loại riêng tuỳ theo yêu cầu.
1.1.1. Phân loại kiểu dây chuyền phân loại sản phẩm
Tuỳ theo yêu cầu nhà sản xuất phân hình thức phân loại sản phẩm sau:
- Phân loại kích thước (cao- thấp, dài- ngắn)
- Phân loại khối lượng sản phẩm
- Phân loại màu sắc sản phẩm
- Phân loại theo hình ảnh sản phẩm
- Phân loại theo mã vạch sản phẩm
1.1.2. Giới thiệu cơ bản về phân loại sản phẩm theo trọng lượng.
Giới thiệu chung.
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo trọng lượng là kiểu phân loại theo trọng
lượng của sản phẩm. Mà cụ thể ở đây là căn cứ theo trọng lượng phân ra các loại sản
phẩm khác nhau (sản trọng lượng lớn, sản phẩm có trọng lượng trung bình, sản phẩm
có trọng lượng bé).
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo trọng lượng chủ yếu được ứng dụng trong công
nghiệp dây chuyền phân loại đóng gói sản phẩm hải sản hay các mặt hàng đi theo khối
lượng…và đây là giai đoạn cuối cùng của dây chuyền sản xuất, có chức năng phân loại
sản phẩm và đưa vào các thùng chứa tương ứng.
1.1.3 Mục tiêu và nội dung của hệ thống phân loại sản phẩm.
Mục tiêu kinh tế
- Hệ thống tự động phân loại sản phẩm theo trọng lượng khác nhau.
- Năng suất làm việc theo hiệu quả cao
Mục tiêu kỹ thuật
- Hệ thống hoạt động ổn định
- Độ chính xác gia công
- Phải đạt được các giải pháp thiết kế tổng hợp về cơ khí truyền động cơ điện tử

4

Nội dung
Sản phẩm chia ra thành 2 loại cơ bản với trọng lượng khác nhau.

- Tính toán và lựa chọn thiết bị.
- Thiết kế kết cấu và xây dựng chương trình hệ thống.
- Mô phỏng trên win cc.
.Dự kiến kết quả đạt được
- Hoạt động theo nguyên lý mà bài toán đã đặt ra.
- Mô phỏng được trên wincc.
- Có thể phát triển thành mô hình với hướng phát triển.
1.2 Hệ thống truyền động băng tải.
Các băng tải thường dùng để di chuyển các vật liệu đơn chiếc theo phương
ngang, phương thẳng đứng hoặc phương xoắn. Trong các dây chuyền sản xuất, các
thiết bị này được sử dụng rộng rãi nhờ những phương tiện vận chuyển các linh kiện
nhẹ; trong các xưởng kim loại thì dùng vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò; trên
các trạm thủy điện thì dùng để chuyển nhiên liệu; trên các kho bãi thì dùng vận
chuyển các loại hàng bao kiện vật liệu hạt hoặc một số sản phẩm khác; trên các công
trường để vận chuyển vật liệu xây dựng; trong ngành lâm nghiệp và khai thác gỗ thì
vận chuyển gỗ, vỏ bào; trong một số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực
phẩm,hóa chất và một số ngành công nghiệp khác thì d ng để vận chuyển sản phẩm
hoàn thành và chưa hoàn thành ở các giai đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng nhờ
loại bỏ các sản phẩm không dùng được.

5


Hình 1.1: Mô hình băng tải.
Khác với các thiết bị vận chuyển khác, băng tải với chiều dài vận chuyển lớn,

năng suất lớn, kết cấu nhỏ, đơn giản, làm việc tin cậy và sử dụng thuận tiện. Ngày nay,
người ta sử dụng băng tải có độ bền cao, chiều rộng có thể tới 3m và vận tốc vận
chuyển có thể đạt 4m/giây và hơn nữa năng suất của băng tải có thể đạt vài nghìn tấn
trong một giờ. Trên thực tế chỉ ra rằng băng tải không giới hạn và có thể áp dụng hệ
thống gồm nhiều đoạn liên kết. Những hệ thống nối được sử dụng rộng rãi trong ngành
khai thác mỏ quặng, cũng như ngành xây dựng. Ở những vị trí đó, băng tải có năng
cạnh tranh lớn với đường vận chuyển bằng cáp treo hay vận chuyển bằng ô tô, đường
sắt.
Một ưu điểm của băng tải là dễ dàng phù hợp với các dạng địa hình vận chuyển.
Giá thành không lớn do kết cấu nâng băng theo đường vận chuyển đơn giản và nhẹ
nhƣng vẫn đảm bảo an toàn, năng lượng tiêu tốn không cao, số người phục vụ thiết bị
hoạt động ít và điều khiển dễ dàng.
1.2.1. Phân loại:
Băng tải có nhiều kiểu dáng khác nhau vì thế được phân loại như sau:
a. Theo phương chuyển động:
- Theo phương ngang: Băng tải loại này được ứng dụng trong việc vận chuyển các loại
nguyên liệu cho ngành xây dựng, vận chuyển than đá hoặc những sản phẩm đóng gói.

6


- Theo phương nghiêng: Dừng vận chuyển sản phẩm trên cao đã được đóng gói, đóng
thùng hoặc vận chuyển các sản phẩm dạng rời như than đá, sỏi…
Kết cấu loại băng tải này là băng tải đai vải, chân của băng tải có thể nâng lên hạ
xuống để tạo dốc nghiêng hoặc ở cố định nhưng lớn nhất phải nhỏ hơn góc ma sát giữa
vật liệu và băng t 7-10 độ.
- Theo phương đứng: Băng tải loại này dùng để vận chuyển dạng kiện hoặc khối nhỏ
lên cao. Thông thường thì băng tải loại này vận chuyển hàng từ trên xuống hoặc từ
dưới lên, hình dáng bên ngoài giống băng tải gầu. Đặc biệt nó còn ưu điểm nữa là
không tốn diện tích nơi nó vận hành.

b. Phân loại theo kết cấu.
Loại cố định: Băng tải loại này sử dụng trong dây chuyền sản xuất có tính liên tục và
đặt cố định trong dây chuyền.
Loại di động: Được dùng trong dây chuyền không có tính liên tục hay cố định, có hay
không đều không ảnh hưởng đến dây chuyền. Kết cấu giống như băng tải cố định
nhưng khác ở chỗ có gắn bộ phận chuyển động ở dưới chân đế của băng tải.
c. Phân loại theo công dụng.
- Loại vạn năng: Có thể dùng để vận chuyển nhiều loại sản phẩm khác nhau.
- Loại chuyên dụng: Được sử dụng chuyên chở các vật dụng cá nhân gia đình (băng
tải hành lý), thức ăn. Băng tải loại này rất hiện đại.
d. Phân loại theo cấu tạo.
- Băng tải con lăn: Băng tải loại này không có bộ phận kéo, người sử dụng phải tác
động lực để trượt những sản phẩm trên con lăn.
- Băng tải xích.
- Băng tải đai vải: dùng để vận chuyển các loại hàng như bột, bánh kẹo.
e. Theo mục đích sử dụng.
- Băng tải chịu nhiệt: Băng tải này phải làm việc khi tiếp xúc với vật liệu hoặc trong
môi trường nhiệt độ lớn hơn 70 độ C, hoặc tải vật liệu nhiệt độ cao trên 60 độ C.

7


1.2.2. Các bộ phận của băng tải.
1.2.2.1. Bộ phận kéo.
a. Băng dẹt tấm cao su.
Băng dẹt tấm cao su là loại băng phổ biến nhất. Băng gồm có một số lớp đệm
bằng vải bông giấy, đƣợc lưu hóa bằng cao su nguyên chất hay cao 9 su tổng hợp, các
bề mặt ngoài của băng đƣợc phủ bằng cao su. Độ bền của băng được xác định bằng
mác của vải, chiều rộng của băng và và số lượng các lớp đệm. Chiều dài của lớp vỏ
cao su phụ thuộc vào kích thước và tính chất của vật được vận chuyển.

Hình 1.2: Phần nhựa cao su của băng tải.
b. Băng tải chịu nhiệt và băng tải chịu giá lạnh.
Băng dẹt tấm cao su dùng ở nhiệt độ t -150C ÷ 160C, để vận chuyển các vật
không gây tác dụng hóa học có hại cho băng. Để làm việc trong các điều kiện nặng nề
hơn, người ta sử dụng các băng đặc biệt. Khi nhiệt độ của vật hoặc môi trường lên đến
+1500 độ C, nggời ta sử dụng băng chịu nhiệt với lớp vỏ bọc bằng cao su chịu nhiệt và
lớp đệm bằng amiăng dưới đó, tăng cường t phía trên và bên hông một lớp vải mỏng,
thưa.
8


c. Băng tải có độ bền cao.
Để tăng độ bền của băng, người ta sử dụng rộng rãi sợi tổng hợp dưới dạng
đệm, sợi mành và băng tải liền. Các lớp đệm có độ bền cao được chế tạo sợi polyamit
của anit, nhựa perlon, nilon và siêu nilon. Các băng có lớp đệm t sợi anit bền hơn 3 lần
so với các băng được chế tạo t vải bông giấy có độ bền cao. Nhược điểm của loại băng
chế tạo t sợi polyamit là sự giãn dài lớn. Điều này làm phức tạp cho bộ phận kéo căng
của băng tải. Một kiểu băng vải mới đó là băng vải nguyên có một lớp một lớp đệm
vải bện ba. Chất lượng của băng có các lớp đệm t sợi nhân tạo được xác định chỉ bằng
độ bền của nó, còn chiều rộng và độ cứng thì không ảnh hưởng đến khả năng làm việc.
Việc sử dụng các băng mỏng có các lớp bằng viscô là rất hiệu quả.
d. Băng tải có gờ.
Để tăng năng suất của băng tải có bằng tấm cao su thì băng tải được trang bị các
gờ dọc theo toàn bộ băng. Các gờ của nó được chế tạo t những đoạn 12 hình thang phủ
nhau. Các gờ có thể được bắt chặt vào các mép của băng nhờ các mấu, đinh tán và
băng cách lưu hóa. Người ta cũng sản xuất các băng tải có gờ cao su gợn sóng, nhờ có
gờ này mà khi chuyển động qua các tang, băng không bị kéo và đứt. Các gờ có chiều
cao t 50÷80mm, làm tăng đáng kể dung tích của băng tải. Một băng tải có chiều rộng
băng là 100mm và có gờ cao 70mm, có năng suất nhờ một băng tải không có gờ với

chiều rộng băng là 1400mm, trong khi đó giá thành của nó ít hơn 5÷10%.
e. Băng tải tấm.
Băng thép được chế tạo thép cacbon mác đặc biệt nhờ 40T và 65T hoặc t thép
không rỉ, chúng có thể được cán có chiều rộng t 350÷800mm và gắn dọc với chiều
rộng đến 4m. Băng thép mác 40T được dùng phổ biến hơn vì có giới hạn bền chống
đứt không dưới 65kg/mm và độ giãn dài tương đối không dưới 12%.
h. Băng tải sợi kim loại.
Băng sợi kim loại khác với băng thép là có độ mềm dẻo hơn. Điều này cho
phép sử dụng nó trong các băng tải có tang cùng một đường kính nhờ đối với băng tải
tẩm cao su. Băng sợi kim loại có thể chế tạo sợi khác hoặc sợi kim loại bất kì, tùy vào
mục đích sử dụng. Băng tải kim loại được chia ra thành băng đan và băng mắc bản lề.
Băng đan được chế tạo bằng cách đan toàn dải băng. Băng đan có kết cấu đơn giản, giá
thành không lớn, trọng lượng riêng không lớn, nhiệt dung nhỏ. Băng có giá trị đối với

9


băng tải dùng trong lò sấy. Băng mắc bản lề có độ bền cao hơn, độ giãn nó dài hơn,
không có sự co thắt ngang, hành trình ổn định êm và những ưu điểm khác so với băng
đan nhưng chúng có trọng lượng riêng lớn hơn.
1.2.2.2. Đĩa xích, puly, tang.
Đĩa xích, puly, tang dùng để dẫn động và dẫn hướng cho các bộ phận kéo khác
nhau. Kích thước của đĩa xích (puly) được xác định bằng đường kính của vòng lăn,
trên đó phân bố tâm của bản lề xích.
Tất cả các loại xích thường đƣợc xem xét như là xích có bước luân chuyển a và
b hoặc t1và t2, chẳng hạn đối với xích tròn: t1= b= l-d; t2= a= l+d. 15
Đường kính các puly dẫn hướng và các puly tròn đặt nghiêng của xích hàn mắt
ngắn thì ngƣời ta lấy không dưới 30d (D>30d), trong đó d là đường kính sợi thép làm
xích. Đối với các xích mắt dài thì người ta dùng các đĩa. Đường kính các puly dẫn
động trơn để dẫn động cho các mắt xích tròn, ngƣời ta lấy không dưới 18t (t là bước

xích).
1.2.2.3. Bộ phận tựa.
Để tránh võng và lắc bộ phận kéo trong thời gian làm việc thì trên nhánh làm
việc cũng như trên nhánh không tải người ta dùng bộ phận tựa. Bộ phận tựa được chia
thành: gối tựa trượt, bánh lăn di chuyển, con lăn di chuyển và con lăn đỡ.
Gối tựa trượt thường có dạng con chạy, con trượt hoặc vấu lắp trên bộ phận kéo. Đôi
khi gối tựa trượt gồm cả bộ phận mang để mang những kiện hàng. Các gối tựa trượt có
kết cấu đơn giản và không đắt nhưng làm tăng lực cản chuyển động của bộ phận kéo
và chống mòn, cho nên chúng chỉ sử dụng trong những băng tải ngắn vận chuyển
ngang, nghiêng và trong những trường hợp không thể dùng gối tựa khác do điều kiện
làm việc đặc biệt của băng tải.
1.2.2.4. Bộ phận dẫn động.
Bộ phận dẫn động dùng để dẫn động bộ phận kéo và bộ phận làm việc của băng
tải. Sự truyền lực kéo cho băng, cáp và đôi khi cho xích hàn được tiến hành nhờ lực
ma sát.
Sự truyền lực kéo cho xích đa số trường hợp đƣợc tiến hành nhờ sự ăn khớp,
ngoài ra dẫn động được thực hiện bằng: - Đĩa xích hoặc puly dạng cam khi quay đi 90
độ hoặc 180 độ.
10


- Bằng đĩa xích trên đoạn thẳng.
- Bằng dây xích lắp trên trên đoạn thẳng của tuyến.
Thường thì bộ phận dẫn động gồm có: động cơ điện, khớp nối đàn hồi để nối trục động
cơ với trục vào của hộp giảm tốc với trục tang (đĩa xích, puly).
1.2.3 Trang bị điện hệ thống băng tải.
1.2.3.1. Nút khởi động và nút dừng.
Lựa chọn nút bấm loại: Control-Station-Button-Switch

Hình 1.3 nút bấm loại: Control-Station-Button-Switch.

Các nút bấm khởi động là nút bấm đơn thường mở: Bình thường các tiếp điểm
của nó ở trạng thái mở tương ứng đầu vào mức logic OFF. Khi ấn nút, khi đó các tiếp
điểm ở trạng thái đóng tương ứng đầu vào mức logic 1. Tín hiệu này tác động cho hệ
làm việc hoặc dừng.
1.3. Phân tích bài toán, yêu cầu và lựa chọn giải pháp.
1.3.1. Phân tích bài toán và yêu cầu.
a. Phân tích chức năng hệ thống.
- Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng giúp cho chúng ta phân loại các sản
phẩm theo yêu cầu bài toán được đặt ra.
- Cụ thể trong đề tài này hệ thống có chức năng phân loại sản phẩm theo khối lượng
cân nặng (tôm hùm) nhằm chọn ra và phân loại các loại sản phẩm khác nhau để đưa ra
thị trường với giá bán hợp lý.

11


- Hệ thống bao gồm 1 băng tải, 1 cảm biến quang phát hiện tôm hùm, 1 bàn cân
Loadcell, 2 cái Pitong đẩy sản phẩm.

Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống.
b. Yêu cầu bài toán.
- Hệ thống xác định được khối lượng của tôm hùm để phân loại ra các loại sản
phẩm thích hợp.
- Phân loại sản phẩm theo:
+) Sản phẩm loại 1 là sản phẩm trên 5kg
+) Sản phẩm loại 2 là sản phẩm dưới 5kg
- Pitong có khả năng đẩy được sản phẩm từ 1kg đến 20kg.
- Chiều dài của băng tải: 1m.
- Có khả năng chịu quá tải lên đến 20 kg.
1.3.2. Lựa chọn giải pháp

Hiện nay có rất nhiều hệ thống phân loại sản phẩm ở Việt Nam. Một trong
những hệ thống đó là phân loại sản phẩm dùng PLC. PLC là một thiết bị điều khiển
công nghiệp đang được sử dụng ở trong các nhà máy ở Việt Nam. PLC được thay thế
cho những hệ thống phân loại sản phẩm bằng vi điều khiển có nhiều nhược điểm.
Mặt khác, PLC có rất nhiều ưu điểm để sử dụng công nghiệp lớn và lâu dài. Vì
vậy trong hệ thống phân loại Tôm hùm theo trọng lượng của em đã chọn PLC S7 300
để điều khiển chương trình hệ thống phân loại Tôm hùm của mình. Vì vậy em đã lựa
chọn giải pháp cho đề tài của em như sau:
12


- Điều khiển hệ thống và được lập trình bằng PLC S7 300.
- Sử dụng và lập trình trên phần mềm SIMATIC manager và mô phỏng trên win cc.
- Cảm biến sử dụng để phát hiện ra sản phẩm Tôm hùm em chọn cảm biến Cảm biến
tiệm cận loại điện dung CR30-18DN.
- Cảm biến được sử dụng ở đây để phân loại là cảm biến Loadcell-YZC131.
1.4. Kết luận chương 1
Từ chương 1 giới thiệu về hệ thống phân loại sản phẩm đã cho ta nắm được 2 thứ đó
là:

- Nắm được 1 số kiến thức khái niệm cơ bản về hệ thống phân loại sản phẩm.
- Phân tích được bài toán đề ra, yêu cầu của bài toán và lựa chọn đưa ra giải pháp
cho bài toán.
Từ những gì rút ra được từ chương 1 thì ở chương 2 tiếp theo em có thể tìm hiểu về
các thiết bị điều khiển, điện, điện tử và cảm biến mà bài toán hệ thống phân loại sản
phẩm theo trọng lượng của em cần đến.

13

CHƯƠNG 2:
TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN, ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ CẢM BIẾN
2.1. Hệ thống băng tải
2.1.1. Giới thiệu chung
Băng tải (hay còn gọi là băng truyền) là thiết bị vận chuyển liên tục, có khoảng
cách vận chuyển lớn. Được sử dụng rộng rãi ở các công trường xây dựng, xí nghiệp
sản xuất vật liệu xây dựng và vật liệu chế tạo… Bao gồm băng tải PVC, băng tải cao
su, băng tải xích inox, băng tải nhựa, băng tải con lăn tự do, băng tải con lăn có truyền
động, băng tải đứng, băng tải nghiêng, băng tải từ, vít. Các loại băng tải này được sử
dụng để vận chuyển vật liệu rời, vụn như cát sỏi, đá , xi măng, sản phẩm trong các
ngành công nghiệp chè, cafe, hoá chất, thực phẩm… và hoá đơn như hàng bao, hòm,
bưu kiện…

Hình 2.1: Băng tải
2.1.2. Ưu điểm băng tải
Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng
nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng. Vốn đầu tư
không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản,bảo dưỡng dễ dàng, làm việc

14


tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy chuyển phát vận chuyển
không lớn lắm.
Tuy vậy phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế do độ dốc của băng tải không cao và
không đi theo đường cong được.
2.1.3. Lựa chọn phương án
+ Đối với sản phẩm là chất lỏng ta dùng băng tải kênh dẫn.
+ Đối với sản phẩm rời rạc thì ta dùng băng tải con lăn hoặc băng tải đai con lăn hoặc
băng tải đai.

Trong hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng, băng tải có nhiệm vụ
cung cấp sản phẩm và thùng chứa để phân loại. Do yêu cầu là sản phẩm và thùng ở
dạng rời rạc nên ta dùng băng tải đai là phù hợp với yêu cầu đặt ra.
Ưu điểm khi dùng băng tải trong hệ thống:
Sản phẩm, thùng được dẫn trực tiếp trên băng tải.
Tải trọng của băng tải không cần lớn.
Vật liệu dễ tìm, giá thành rẻ.
Nguyên lý hoạt động: Băng tải quay kéo con lăn chủ động thông qua bộ truyền
đai, khi đó Puli căng đai cũng được kéo quay theo cùng tốc độ với truyền động thông
qua chuyển động của đai vai. Hành trình của đai vải. Hành trình của đai vai sẽ kéo
theo sản phẩm, thùng sản phẩm để tiến hành phân loại theo mục tiêu đặt ra.
2.1.4. Lựa chọn động cơ băng tải
Động cơ DC

15


Hình 2.2: Động cơ gạt nước.
+ Ưu điểm: Giá thành rẻ, dễ điều khiển, mô men xoắn lớn.
+ Nhược điểm: Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp.
Động cơ bước

Hình 2.3: Động cơ bước
+ Ưu điểm: Điều khiển vị trí tốc độ chính xác, không cần mạch phản hồi, thường sử
dụng trong loại máy CRC
+ Nhược điểm: Giá thành cao, momen xoắn nhỏ
Động cơ Servo

Hình 2.4: Động cơ servo

16


+ Ưu điểm: Có thể hoạt động ở tốc độ cao. Nếu tải đặt vào động cơ tăng thì bộ điều
khiển sẽ tự tăng dòng đến cuộn dây động cơ giúp động cơ tiếp tục quay, tránh được
hiện tượng trượt bước.
Với yêu cầu của băng tải là không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng nhỏ,giá
thành rẻ, dễ điều khiển ta chọn động cơ điện một chiều dễ dẫn động cho băng tải.
Động cơ được chọn yêu cầu phải có momen lớn do yêu cầu làm của băng tải có tải
trọng. Và băng tải chuyển động với vận tốc nhỏ nên ta chọn động cơ có tốc độ thấp
nhưng phải đảm bảo yêu cầu về tốc độ cũng như tải. Vì thế chọn động cơ gạt nước là
thích hợp nhất. Động cơ gạt nước được thiết kế tích hợp bộ giảm tốc bến trong nên có
thể tải trọng khá lớn.
Động cơ gạt nước có thông số như sau:
- Điện áp 12v
- Công suất 50w
- Số vòng quay 1500/40rpm
- Dòng 4.8A
2.1.5. Chọn bộ truyền dẫn cho động cơ
- Các loại bộ truyền có khí thường gặp như:
+ Bộ truyền bánh răng
+ Bộ truyền trục vít
+ Bộ truyền vít me-đai ốc
+ Bộ truyền xích
+ Bộ truyền đai
Với yêu cầu của đề tài, ta chọn bộ truyền đai để truyền động kéo băng tải bởi vì
bộ truyền đai có những ưu điểm sau:
+ Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau(<15m).
Làm việc êm, không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thể truyền động với vận tốc
lớn

+ Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do băng tải trọng
- Thay đổi tác dụng lên cơ cấu
+ Kết cấu và vận hành đơn giản.
+ Nhờ vào sự trượt trơn của đai nên đề phòng sự quá tải xảy ra trên động cơ.

17


Hình 2.5: Bộ truyền đai
Bộ truyền đai thường được dùng để chuyển động giữa hai trục song song và
quay cùng chiều.
Bộ truyền đai thường gồm 4 bộ phận chính: Bánh đai dẫn 1, bánh đai bị dẫn 2,
dây đai và bộ phận căng đai.
Nguyên lí làm việc của bộ truyền đai: Dây đai mắc căng trên hai bánh đai, trên
bề mặt tiếp xúc của dây đai và bánh đai có áp suất, lực ma sát. Lực ma sát cản trở
chuyển động tương đối giữa dây đai và bánh đai. Do đó khi bánh dẫn quay sẽ kéo dây
đai chuyển động và dây đai lại kéo bánh bị dẫn quay. Như vậy chuyển động truyền từ
bánh dẫn sang bánh bị dẫn nhờ lực ma sát giữa dây đai và các bánh đai.

18


2.2. Hệ thống điều khiển PLC S7-300
Để đáp ứng yêu cầu tự động hóa ngày càng tăng đòi hỏi kỹ thuật điều khiển phải có
nhiều thay đổi về thiết bị cũng như về phương pháp điều khiển. Vì vậy người ta phát
minh ra bộ điều khiển lập trình rất đa dạng như PLC.
Sự phát triển của PLC đã đem lại nhiều thuận lợi và làm cho các thao tác máy trở nên
nhanh nhạy, dễ dàng và tin cậy hơn. Nó có thể thay thế gần như hoàn toàn cho các
phương pháp điều khiển truyền thống. Như vậy PLC có tính năng ưu việt và thích hợp
trong môi trường công nghiệp là:

-

Khả năng chống nhiễu tốt.

-

Cấu trúc dạng modul rất thuận tiện cho việc mở rộng, cải tạo nâng cấp.

-

Có những modul chuyên dụng để thực hiện chức năng đặc biệt.

-

Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để xếp

hạng một hệ thống điều khiển tự động.
-

Hiện nay trên thị trường có các loại PLC của các hãng sản xuất như: Omron,

Mitsubishi, Siemens, ABB, Allen Bradley...
Do yêu cầu đề tài nên em xintrình bày về Simatic S7-300 của Siemens.
S7-300 là Dòng sản phẩm cao cấp, được dùng cho những ứng dụng lớn với những yêu
cầu I/O nhiều và thời gian đáp ứng nhanh, yêu cầu kết nối mạng và có khả năng mở
rộng, nâng cấp.
Ngôn ngữ lập trình đa dạng cho phép người sử dụng có quyền chọn lựa. Đặc điểm nổi
bật của S7-300 đó là ngôn ngữ lập trình cung cấp những hàm toán đa dạng cho những
yêu cầu chuyên biệt. Hoặc ta có thể sử dụng ngôn ngữ chuyên biệt để xây dựng hàm
riêng cho ứng dụng mà ta cần.

Ngoài ra S7-300 còn xây dựng phần cứng theo cấu trúc modul, nghĩa là đối với S7-300
sẽ có những modul tích hợp cho những ứng dụng đặc biệt.
2.2.1. Các module trong hệ S7-300.
Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng vào thực tế phần lớn các đối tượng điều khiển
có số tín hiệu đầu vào, đầu ra cũng như chủng loại tín hiệu vào/ra khác nhau mà các bộ
điều khiển PLC được thiết kế không bị cứng hoá về cấu hình. Chúng được sử dụng
theo kiểu các modul, số lượng modul nhiều hay ít tuỳ vào yêu cầu thực tế, xong tối
thiểu bao giờ cũng có một modul chính là CPU, các modul còn lại nhận truyền tín hiệu

19


với các đối tượng điều khiển, các modul chức năng chuyên dụng như PID, điều khiển
động cơ, van thuỷ khí .. .Chúng gọi chung là modul mở rộng.
2.2.3. Modul CPU
Modul CPU là loại modul có chứa bộ vi xử lý, hệ điều hành, bộ nhớ, các bộ thời gian,
bộ đếm, cổng truyền thông (RS485) và có thể còn có một vài cổng vào ra số. Các cổng
vào ra số có trên modul CPU được gọi là cổng vào ra Onboard.
PLC S7 300 có nhiều loại modul CPU khác nhau. Chúng được đặt tên theo bộ vi xử lý
có trong nó như modul CPU312, modul CPU314, modul CPU315.

Hình 2.2: Một số CPU của PLC S7-300.
Ngoài ra còn có các loại module CPU với 2 cổng truyền thông, trong đó cổng truyền
thông thứ hai có chức năng chính là phục vụ việc nối mạng phân tán. Các loại modul
này phân biệt với các loại modul khác bằng cụm từ DP (Distributed Port) nhu là modul
CPU314C-2DP.
2.3 Ngôn ngữ lập trình:
PLC S7 300 có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản sau:
Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, ký hiệu là STL (Statement List). Đây là dạng ngôn ngữ lập
trình thông thường của máy tính. Một chương trình được ghép bởi nhiều câu lệnh theo

1 thuật toán nhất định, mỗi lệnh chiếm 1 hàng và đều có cấu trúc chung là “tên
lệnh”+”toán hạng”.
Lệnh S PEXT:
Timer kích có nhớ,Khi có tín hiệu cạnh lên ở 10.0 Timer T5 chạy,nếu đủ thời gian đặt
Timer dừng.
20


Trong quá trình chạy nếu có tín hiệu mới từ chân 10.0 thì thời gian Timer lại được tính
lại từ đầu.
Trong quá trình chạy nếu có tín hiệu 10.1 thì Timer dừng
QO.O =1 khi Timer đang chạy
Các ô nhớ MW100 và MW102 lưu giá trị hiện thời của Timer theo dạng
Integer và dạng BCD.
2.3.1 Bộ đếmCounter.
2.3.1 Bộ đếmCounter.
Ngõ vào 10.2=1 : đưa giá trị đếm vào PV
Khi 10.0 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ,co đếm tăng lên 1
Khi 10.1 chuyển trạng thái từ 0 lên 1 ,co đếm giảm xuống 1
2.4 Phần mềm giao diện WinCC.
Thông thường một hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) yêu
cầu một phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human
Machine Interface) cũng như phục vụ việc sử lý và lưu trữ dữ liệu. Phần mềmWinCC
của Siemens là một phần mềm chuyên dụng cho mục đích này.
WinCC là một trong các chương trình ứng dụng Scada trong lĩnh vực dân dụng và
công nghiệp. WinCC được dùng để điều hành các màn hình hiện thị và hệ thống điều
khiển trong tự động hóa sản xuất và quá trình.
WinCC là chữ viết tắt của Window Control Center, là một phần mềm của hãng
Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong quá trình sản xuất.
Theo nghĩa hẹp, WinCC là chương trình hỗ trợ cho người lập trình thiết kế giao diện

Người và Máy– HMI (Human Machine Interface) trong hệ thống SCADA
(Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập dữ liệu,
giám sát và điều khiển quá trình sản xuất. Những thành phần có trong WinCC dễ sử
dụng, giúp người dùng tích hợp những ứng dụng mới hoặc có sẵn mà không gặp bất
kỳ trở ngại nào.
Với WinCC, người dùng có thể trao đổi dữ liệu trực tiếp với nhiều PLC của các hãng
khác nhau như Misubishi, Allen Braddly, Siemens,v.v…thông qua cổng COM với
chuẩn RS – 232 của máy tính với chuẩn RS – 485 của PLC.

21


Khi sử dụng WinCC để thiết kế giao diện điều khiển Người – Máy (HMI) và mạng
SCADA, WinCC sử dụng các chức năng sau:
+Graphics Designer: thực hiện dễ dàng các chức năng mô phỏng và hoạt động qua
các đối tượng đồ họa của WinCC, Windows, OLE, I/O,… với nhiều thuộc tính động
(Dynamic).
+Alarm Logging: thực hiện việc hiển thị các thông báo hay các báo cáo trong khi hệ
thống vận hành. Đảm trách về các thông báo nhận được và lưu trữ, để chuẩn bị,
hiển thị, hồi đáp và lưu trữ chúng. Ngoài ra, Alarm Logging còn giúp ta tìm
nguyên nhân của lỗi.
+Tag Logging: Thu thập, lưu trữ và nén các giá trị đo dưới nhiều dạng khác nhau. Tag
Logging cho phép lấy dữ liệu từ các quá trình thực thi, chuẩn bị để hiển thị và lưu trữ
dữ liệu đó. Dữ liệu có thể cung cấp các tiêu chuẩn về công

nghệ và kỹ thuật quan

trọng liên quan đến trạng thái hoạt động của toàn hệ thống.
+Report Designer: có nhiệm vụ tạo các thông báo, báo cáo và các kết quả này được
lưu dưới dạng các trang nhật ký sự kiện.

WinCC có thể tạo một giao diện Người – Máy (HMI) dựa trên cơ sở giao tiếp giữa con
người và hệ thống máy, thiết bị điều khiển ( PLC, CNC,…) thông qua các hình ảnh, sơ
đồ, hình vẽ hoặc câu chữ có tính trực quan hơn. Có thể giúp người vận hành theo dõi
được quá trình làm việc, thay đổi các tham số, công thức hoặc quá trình hoạt động,
hiển thị các giá trị hiện thời cũng như giao tiếp với quá trình công nghệ thông qua các
hệ thống tự động. Giao diện HMI cho phép người vận hành giám sát các quy trình sản
xuất và cảnh báo, báo động hệ thống khi có sự cố. Do đó, WinCC là chương trình thiết
kế giao diện Người – Máy thật sự cần thiết, không thể thiếu trong các hệ thống có
quá trình tự động hóa phức tạp và hiện đại. Từ máy tính trung tâm, có thể điều
khiển sự hoạt động toàn bộ dây chuyền sản xuất được lập trình trên WinCC, ta có thể
giám sát tất cả các thiết bị trên dây chuyền. Dựa vào giao diện HMI, có thể giám sát
và thu thập dữ liệu vào ra (I/O) một cách chính xác, hỗ trợ các phương thức xử lí dữ
liệu, tổ chức số liệu một cách linh hoạt thông qua kiểu lập trình bằng ngôn ngữ C.

22


2.5 Tìm hiểu về cảm biến phân loại sản phẩm theo trọng lượng (cảm biến
Loadcell)
2.5.1. Khái niệm:
Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu
điện.
Khái niệm“strain gage”: cấu trúc có thể biến dạng đàn hồi khi chịu tác động của lực
tạo ra một tín hiệu điện tỷ lệ với sự biến dạng này.
Loadcell thường được sử dụng để cảm ứng các lực lớn, tĩnh hay các lực biến thiên
chậm. Một số trường hợp loadcell được thiết kế để đo lực tác động mạnh phụ thuộc
vào thiết kế của Loadcell.
2.5.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Cấu tạo:
Loadcell được cấu tạo bởi hai thành phần, thành phần thứ nhất là "Strain gage" và

thành phần còn lại là "Load". Strain gage là một điện trở đặc biệt chỉ nhỏ bằng móng
tay, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn điện ổn
định, được dán chết lên “Load” - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi.
Nguyên lý hoạt động:
Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Giá trị lực tác dụng tỉ
lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đó trả về tín hiệu điện áp
tỉ lệ.
2.5.3. Thông số kỹ thuật cơ bản
- Độ chính xác: cho biết phần trăm chính xác trong phép đo. Độ chính xác phụ thuộc
tính chất phi tuyến tính, độ trễ, độ lặp.
- Công suất định mức: giá trị khối lượng lớn nhất mà Loadcell có thể đo được.
- Dải bù nhiệt độ: là khoảng nhiệt độ mà đầu ra Loadcell được bù vào, nếu nằm ngoài
khoảng này, đầu ra không được đảm bảo thực hiện theo đúng chi tiết kỹ thuật được
đưa ra.
- Cấp bảo vệ: được đánh giá theo thang đo IP, (ví dụ: IP65: chống được độ ẩm và bụi).
- Điện áp: giá trị điện áp làm việc của Loadcell (thông thường đưa ra giá trị lớn nhất và
giá trị nhỏ nhất 5 - 15 V).

23


- Độ trễ: hiện tượng trễ khi hiển thị kết quả dẫn tới sai số trong kết quả. Thường được
đưa ra dưới dạng % của tải trọng.
- Trở kháng đầu vào: trở kháng được xác định thông qua S- và S+ khi Loadcell chưa
kết nối vào hệ thống hoặc ở chế độ không tải.
- Điện trở cách điện: thông thường đo tại dòng DC 50V. Giá trị cách điện giữa lớp vỏ
kim loại của Loadcell và thiết bị kết nối dòng điện.
- Phá hủy cơ học: giá trị tải trọng mà Loadcell có thể bị phá vỡ hoặc biến dạng.
- Giá trị ra: kết quả đo được (đơn vị: mV).
- Trở kháng đầu ra: cho dưới dạng trở kháng được đo giữa Ex+ và EX- trong điều kiện

LoadCell chưa kết nối hoặc hoạt động ở chế độ không tải.
- Quá tải an toàn: là công suất mà Loadcell có thể vượt quá (ví dụ: 125% công suất).
- Hệ số tác động của nhiệt độ: Đại lượng được đo ở chế độ có tải, là sự thay đổi công
suất của Loadcell dưới sự thay đổi nhiệt độ, (ví dụ: 0.01%/10°C nghĩa là nếu nhiệt dộ
tăng thêm 10°C thì công suất đầy tải của Loadcell tăng thêm 0.01%).
- Hệ số tác động của nhiệt độ tại điểm 0: giống như trên nhưng đo ở chế độ không tải.
2.5.4. Phân loại
Có thể phân loại loadcells như sau:
- Phân loại Loadcell theo lực tác động: chịu kéo (shear loadcell), chịu nén
(compression loadcell), dạng uốn (bending), chịu xoắn (Tension Loadcell)
- Phân loại theo hình dạng: dạng đĩa, dạng thanh, dạng trụ, dạng cầu dạng chữ s.
- Phân loại theo kích thước và khả năng chịu tải: loại bé, vừa, lớn.
2.5.5. Ứng dụng của cảm biến Loadcell
Một ứng dụng khá phổ biến thường thấy của Loadcell là được sử dụng trong các loại
cân điện tử hiện nay. Từ ứng dụng trong những chiếc cân kĩ thuật đòi hỏi độ chính xác
cao cho tới những chiếc cân có trọng tải lớn trong công nghiệp như cân xe tải.
Một số ứng dụng khác:
- Trong ngành công nghệ cao:
Với nền khoa học kĩ thuật tiên tiến hiện nay thì loại Loadcell cỡ nhỏ cũng được cải
tiến công nghệ và tính ứng dụng cao hơn. Loại Loadcell này được gắn vào đầu của
ngón tay robot để xác định độ bền kéo và lực nén tác động vào các vật khi chúng cầm
nắm hoặc nhấc lên.

24


- Phân phối đều trọng lượng trong công nghiệp:
Công nghệ sử dụng:
Các thế bào tải (Loadcell LSB and LCF Series) kết hợp với các thiết bị định hướng và
thu thập dữ liệu qua máy tính hoặc PLC

Sơ lược hoạt động:
Các LoadCell được thiết kế để phù hợp với các ứng dụng tự động hóa trong công
nghiệp để phân phối đều trọng lượng sản phẩm. Như thể hiện trong sơ đồ dưới đây,
Loadcell được lắp đặt trong dây chuyền tự động hóa, giám sát việc phân phối khối
lượng vào từng bao bì một cách chính xác.
Hệ thống hoạt động:
+ Một tế bào tải được kết nối với thiết bị đo cần thiết.
+ Khi khối lượng sản phẩm cho phân phối vào thùng đủ yêu cầu, Loadcell sẽ phát ra
tín hiệu tới bộ diều khiển băng tải để băng tải ngừng làm việc.
+ Tín hiệu khi băng tải dừng được truyền đến hệ thống phân phối thùng chứa để xuất
thùng chứa.
+ Khi thùng chứa được phân phối sẽ phát ra tín hiệu để hệ thống phân phối sản phẩm
tiếp tục hoạt động.
- Ứng dụng trong cầu đường
Các Loadcell được sử dụng trong việc cảnh báo độ an toàn cầu treo. Loadcell được lắp
đặt trên các dây cáp để đo sức căng của cáp treo và sức ép chân cầu trong các điều
kiện giao thông và thời tiết khác nhau. Các dữ liệu thu được sẽ được gửi đến một hệ
thống thu thập và xử lý số liệu. sau đó số liệu sẽ được xuất ra qua thiết bị truy xuất như
điện thoại, máy tính, LCD. Từ đó có sự cảnh báo về độ an toàn của cầu. Từ đó tìm ra
các biện pháp cần thiết để sửa chữa kịp thời.
2.5.6. Các loại Loadcell cơ bản
A. Loadcell tương tự.
a) Khái niệm.
Loadcell cảm biến sức căng, biến đổi thành tín hiệu điện gọi là Loadcell tương
tự. Tín hiệu này được chuyển thành thông tin hữu ích nhờ các thiết bị đo lường như bộ
chỉ thị.

25