Hệ thống phân loại sản phẩm bằng PLC

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

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
Đề tài: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC

SINH VIÊN THỰC HIỆN:
LẠI HOÀNG QUẢNG

17151120

GVHD:
TS. NGÔ VĂN THUYÊN

TP. Hồ Chí Minh, tháng 1 --- năm 2020

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


BÁO CÁO TIỂU LUẬN
Đề tài: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KÍCH THƯỚC

SINH VIÊN THỰC HIỆN:
LẠI HOÀNG QUẢNG
GVHD:
TS. NGÔ VĂN THUYÊN

TP. Hồ Chí Minh, tháng 1 --- năm 2020

17151120

1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, các ngành kỹ
thuật điện tử… chiếm vai trò quan trọng trong đời sống của chúng ta. Trong đó
điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng, nó như một trong những thứ
tiên quyết trong các ngành tự động hoá, trong sản xuất công nghiệp tự động hoá
hay trong mọi lĩnh vực về khoa học kỹ thuật, quản lý, cung cấp thông tin,…do
đó chúng ta cần phải biết vận dụng nó một cách có hiệu quả để góp phần vào sự
phát triển của khoa học kỹ thuật thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ
thuật điều khiển tự động hoá nói riêng.
Có rất nhiều ứng dụng điều khiển tự động trong đời sống của chúng ta.
Đơn giản như điều khiển một bóng đèn tự động bật tắt hoặc thậm chí điều khiển
gara xe ô tô tự động đóng mở, hoặc thậm chí trong công nghiệp thì các máy móc
cũng đều tự động hoá. Trong đó công nghiệp sản xuất được vận dụng và đầu tư
nhiều nhất, với việc giúp đẩy nhanh quá trình sản xuất cho đến khâu phân loại, từ
đó mang đến năng suất và chất lượng cao hơn rất nhiểu so với thủ công truyền
thống. Nói đến sản xuất, thì chúng ta không thể không nhắc đến băng truyền tải
bởi nó vô cùng hữu ích. Chúng giúp ta di chuyển những vật liệu đơn giản đặt lên
băng truyền tải. Cấu tạo của nó rất đơn giản, có thể tự động được, vận hành đơn
giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy và năng suất cao, tiêu hao ít năng
lượng. Từ băng truyền đó, để giúp cho quá trình sản xuất thêm chính xác và đỡ
mất thời gian, đồng thời nâng cao hiệu suất, người ta đã thêm vào các con cảm
biến hỗ trợ nhận biết sản phẩm và piston để đẩy sản phẩm vào thùng hàng như
mong muốn. Từ đó dây truyền băng truyền tải vừa giúp vận chuyển hàng hoá
đồng thời giúp phân loại sản phẩm. Phân loại sản phẩn cũng có nhiều loại, có thể
phân loại theo màu sắc, kích thức, cân nặng,…
Việc điều khiển các linh kiện đó phải thông qua vi điều khiển hoặc một hệ
thống điều khiển PLC. Hầu hết các nhà máy sản xuất người ta thường dùng PLC
để điều khiển vì rất nhiều lý do. Xét về tính tiện dụng thì PLC có rất nhiều tích

hợp sẵn chỉ việc dùng, vô cùng tiện lợi và không quá phức tạp. Thêm vào đó là
ngôn ngữ lập trình dễ dàng, dung lượng bộ nhớ lớn, có thể chứa những chương
trình phức tạp, độ tin tưởng và bảo mật cao trong môi trường công nghiệp. Ngoài
1


ra PLC còn có các module mở rộng, giao tiếp được với máy tính, giá thành thì có
thể cạnh tranh được dù không quá rẻ.
Tóm lại có thể nói rằng sự ra đời của PLC đã đánh dấu một bước đột phá
mới của nền sản xuất công nghiệp hiện đại, làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển
cũng như những khái niệm về thiết kế lập trình trước đây.[1]
2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Một hệ thống băng tải có khả năng phân loại sản phẩm theo kích thước, có
ba cảm biến đặt theo độ cao khác nhau của từng loại sản phẩm. Cảm biến S1 đo
sản phẩm có chiều cao từ 10cm, cảm biến S2 đo sản phẩm có chiều cao từ 15cm,
cảm biến s3 phân loại sản phẩm có chiều cao từ 20cm.
Cùng với đó là 3 cảm biến để nhận diện xem sản phẩm đã đến được vị trí
piston đẩy vào thùng đựng sản phẩm hay chưa. Và một cảm biến chốt để phát
hiện sản phẩm chưa được phân loại, từ đó báo lỗi hệ thống thông qua đèn nhấp
nháy.
Khi đủ số lượng thùng hàng thì có đèn báo hiệu chờ để nhân viên lấy sản
phẩm.

2


3. MÔ TẢ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
* Về quy trình hoạt động của hệ thống phân loại sản phẩm:
- Đầu tiên khi nhấn Start hệ thống bắt đầu cho phép hoạt động:
+ Sản phẩm sẽ từ thùng hàng được chuyển đến băng truyền. Khi sản phẩm đặt

trên băng truyền đang chuyển động, sản phẩm sẽ đi qua một hoặc cả ba cảm biến
S1, S2, S3.
+ Nếu sản phẩm đi qua cảm biến S1 thì ứng với hộp có kích thước khoảng 10 cm
piston 1 sau một khoảng thời gian băng truyền sản phẩm đến vị trí cảm biến S4
nhận diện sản phẩm đã đến thì băng tải sẽ dừng lại đồng thời piston 1 sẽ thực
hiện đẩy sản phẩm vào thùng hàng
+ Nếu sản phẩm đi qua cảm biến S1 và S2 thì ứng với hộp có kích thước khoảng
15cm và piston 2 sau một khoảng thời gian băng truyền sản phẩm đến vị trí cảm
biến S5 nhận diện sản phẩm đã đến thì băng tải sẽ dừng lại đồng thời piston 2 sẽ
thực hiện đẩy sản phẩm vào thùng hàng
+ Nếu sản phẩm đi qua đồng thời cảm biến S1, S2, S3 thì ứng với hộp có kích
thước khoảng 20cm và piston 3 sau một khoảng thời gian băng truyền sản phẩm
đến vị trí cảm biến S6 nhận diện sản phẩm đã đến thì băng tải sẽ dừng lại đồng
thời piston 3 sẽ thực hiện đẩy sản phẩm vào thùng hàng.
+ Nếu sản phẩm đi qua cảm biến mà piston không hoạt động hoặc sự cố thì sản
phẩm sẽ được băng tải đưa qua vị trí của cảm biến S7. Đồng thời hệ thống sẽ báo
đèn nhấp nháy, từ đó đưa ra cách khắc phục.
- Khi nhấn Stop thì hệ thống sẽ dừng lại.

3


4. LỰA CHỌN THIẾT BỊ
4.1 Lựa chọn cảm biến
4.1.1 Lựa chọn cảm biến phát hiện sản phẩm
Trong thực tế thì có rất nhiều cảm biến có thể phát hiện được sản phẩm
như là cảm biến hồng ngoại, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận điện dung,...[2]
- Cảm biến tiệm cận điện dung là một loại cảm biến tiệm cận, nhưng để phát
hiện các vật liệu không dẫn điện. Nó rất nhạy cảm với ô nhiễm và trong công
nghiệp chúng không được tin cậy lắm.

- Cảm biến hồng ngoại cũng là một cảm biến có thể phát hiện vật cản tốt. Nhưng
nhược điểm lớn nhất của cảm biến hồng ngoại là phạm vi phát hiện vật cản rất bé
khoảng vài chục cm, không ổn định, chưa thực sự chính xác.
Vì thế hầu hết trong các nhà máy người ta thường sử dụng cảm biến
quang. Hệ thống phân loại sản phẩm cũng vậy, cũng sử dụng cảm biến quang để
phát hiện sản phẩm vì tính thực thi của nó.[3]

* Cụ thể trong hệ thống này, để phát hiện hộp sản phẩm ở khoảng cách dưới 1m,
ta sử dụng cảm biến quang Omron E3Z-D62 2M phù hợp với yêu cầu bài toán
với những ưu điểm:

Cảm biến quang Omron E3Z-D62 2M

4


+ Thiết kế,lắp đặt đơn giản dễ dàng.
+ Chỉ cần một điểm lắp đặt duy nhất.
+ Chi phí đầu tư thấp.
+ Không gian không cần quá rộng.
+ Tuổi thọ cao, ít hao mòn và thời gian đáp ứng nhanh, phát hiện nhiều vật thể.
4.2 Lựa chọn PLC
Hiện nay trên thi trường có rất nhiều loại PLC với các mẫu mã khác nhau như
Mitsubishi, Siemen, Omron, Fuji, Festo … Nhưng tính phổ biến hầu hết hiện nay
người ta thường sử dụng PLC của hãng Siemen - Đức.[4]
Trong hệ thống này, ta có thể sử dụng PLC Siemen nhiều loại khác nhau như
S7-200, S7-1200, S7-300, S7-400,…
Đối với hệ thống đơn giản này, ta sẽ sử dụng PLC Siemen S7-300 vì tính đơn
giản của nó,nhỏ gọn , do hệ thống không quá phức tạp, vẫn đầy đủ các tính năng
cần thiết nhưng với một mức giá hợp lý, dù được ra đời từ nhiều năm song tính

ổn định, độ bền vẫn rất tốt dù không còn được sản xuất nữa.

PLC S7-300

5


Bảng tổng hợp thiết bị
Tên thiết bị Chức
năng

Thông số kỹ thuật chính

Cảm biến Dùng
omron
để phát
hiện
E3Z-D62
sản
2M
phẩm

Loại: Phản xạ khuyếch tán
Nguồn cấp: 12-24VDC ± 10%
Khoảng cách phát hiện: 1m
Nguồn sáng: LED hồng ngoại 870nm hoặc 860nm; LED đỏ
660nm; 650nm
Độ trễ: lớn nhất 20% khoảng cách phát hiện.
Thời gian đáp ứng:1-2ms
Kiểu đấu nối: dây dài 2m

/>%20Omron%20dong%20E3Z%20-%20Data%20sheet
%2009012015063742.pdf

PLC S7-300 Bộ điều Kích thước: 110x100x75
CPU 314C- khiển
Loại: Relay, tiếp điểm khô.
2DP
lập

trình

Bộ nhớ khi làm việc: 96Kilobyte( đối với chương trình và dữ
liệu)
Cổng I/O: 24 inputs/16 outputs
Bộ đếm tốc độ cao: 4x60 KHz
Nguồn cấp 20.4 VDC to 28.8 VDC
Thời gian đáp ứng: 10ms (24VDC)
Dòng ra: 1A (khi không tải 150mA)
6


Điện áp ra: 5-30VDC hay 5-250VAC
Trọng lượng: 0.8 Kg
/>Đèn báo có Cảnh
Điện áp: 220 VAC
còi AD22 báo tín
Đường lỗ lắp đặt: 22mm
màu đỏ
hiệu

sản
phẩm

Âm thanh: ngắt quãng
Ánh sáng đèn: đỏ, chớp tắt
Chiều dài 65.6mm
Đường kính 28.5mm
/>
Piston

Dùng
để đẩy
Xilanh
hộp vào
SMC dòng thùng
CJ2
hàng

Kích thước nòng: 10/16mm
Hành trình: 15-200mm
Kiểu tác động: 2 tác động, 1 trục
Lưu chất: Khí nén
Áp suất phá huỷ: 1Mpa
Áp suất hoạt động tối đa: 0.7Mpa
Áp suất hoạt động tối thiểu: 0.06Mpa
Nhiệt độ lưu chất và môi trường: -10 ~ 700C
Tốc độ piston: 50-750 mm/s
/>%20CJ2-manual%2008122014045055.pdf

Relay nhiệt Bảo vệ Lớp 10A với đầu kết nối bắt vít

quá tải
7


Schneider
LRD08
(2.5-4A)

động cơ Dùng cho bảo vệ động cơ và bảo vệ mất pha

Động
cơ Động
giảm
tốc cơ băng
GM-SP
truyền
0.75Kw
V4P 1/20
200/220V

Reset tự động hoặc bằng tay
/>gclid=CjwKCAiA3abwBRBqEiwAKwICAwsqPgD7HO9JJrg31y
uoKTYJ3SV6yHX7wx7kJCt6Q6O_c520hqVb7xoCjZoQAvD_B
wE
Điện áp: 200/220V
Công suất đầu ra: 0.75Kw
Tần số: 50/60Hz
Tốc độ quay trục đầu ra: 75rpm(50Hz), 90rpm(60Hz)
Tỉ số truyền 1/20
Moment xoắn trục đầu ra: 92Nm(50Hz), 76Nm(60Hz)

Lớp chịu nhiệt 130(B)
Trọng lượng: 15.2Kg
/>
Ngoài các thành phần chính ở trên ra thì còn có các linh kiện khác như là cuộn
băng truyền, hộp đựng sản phẩm, nút nhấn.

Đèn báo có còi AD22 màu đỏ

8


5. SƠ ĐỒ NỐI DÂY
5.1 Sơ đồ nối dây PLC:
START
STOP
V+

S1

VV+
VV+
VV+
VV+
V-

I0.0
I0.1

Q0.0
Q0.1

K1

I0.2

Q0.2

K2

I0.3

Q0.3
Q0.4

S2
S3
S4
S5

I0.4

S6

K3
Đ1
Đ2

Q0.5

I0.5

Đ3

Q0.6

I0.6

Đ4

Q0.7

V+
V-

K41

I0.7

V+
V-

+
-

S7

I1.0
COM1

24VDC

220VACC

PLC S7-300
CPU 314C

IN

9


5.2 Mạch động lực:
L1
L2
L3

CB

K
Xi lanh khí nén

FUSE

Van điều khiển

ĐC

Chú thích:
Ngõ vào: Nút nhấn Start, nút nhấn Stop, S1-S7 cảm biến quang
Ngõ ra: K1,K2,K3 cuộn dây van điều khiển Xi-lanh 1,2,3

K4 cuộn dây Contactor.
10


6. SƠ ĐỒ TRẠNG THÁI VÀ CHƯƠNG TRÌNH PLC
6.1 Sơ đồ trạng thái
Start
Động cơ bật
Cảm biến hoạt
động

Động cơ tắt

FS

Cảm biến tắt

Stop

Lỗi hệ
thống

Khắc
phục xong

Flashing

Giải thích sơ đồ trạng thái:
+ Khi vừa vào chưa làm gì thì động cơ băng tải ở trạng thái tắt, các cảm biến
chưa hoạt động

+ Khi nhấn nút Start thì động cở băng tải bật, đồng thời cảm biến hoạt động cho
phép hệ thống nhận diện sản phẩm
+ Khi một sản phẩm chưa được phân loại thì nó sẽ đi đến cuối băng tải và qua
một cảm biến phát hiện, khi đó hệ thống sẽ báo lỗi và cho đèn nhấp nháy. Khi
khắc phục xong, thì hệ thống sẽ hoạt động bình thường.
+ Khi nhấn Stop thì động cơ băng tải tắt, cảm biến ngưng hoạt động.
6.2 Chương trình PLC
- Chương trình được viết trên phần mềm lập trình TIA Porto V15.1
- Chương trình chính sẽ được ghi chú ở phần Phụ lục.

11


7. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

Khi vừa khởi động thì Khối stop hoạt động, động cơ dừng, cảm biến ngừng hoạt
động.
12


Khi nhấn Start thì FC1 và FC2 được khởi động, động cơ bắt đầu hoạt động, cảm
biến hoạt động.

13


Khi cảm biến SS1 nhận diện sản phẩm thì M0.4 được Set. Đồng thời khi có cảm
biến SS4 nhận diện sản phẩm đến thì Piston K1 sẽ hoạt động đẩy sản phẩm
xuống thùng hàng đồng thời reset M0.4. Sau khi đẩy xong thì Piston rút về trạng
thái ban đầu.

14


Khi có đồng thời 2 cảm biến SS1 và SS2 nhận diện sản phẩm thì M0.5 được Set.
Đồng thời khi sản phẩm đi qua cảm biến SS5 thì Piston K2 đẩy sản phẩm xuống
thùng hàng đồng thời reset biến nhớ M0.5.

15


Tương tự như vậy khi cảm biến SS3 nhận diện sản phẩm thì M0.6 được Set.
Đồng thời khi sản phẩm đi đến vị trí cảm biến SS6 thì Piston K3 sẽ đẩy sản
phẩm vào thùng đồng thời Reset biến nhớ M0.6

16


Khi sản phẩm bị lỗi và đi về cuối qua cảm biến SS7 thì đèn Q0.4 sẽ nhấp nháy.
Chỉ khi Stop thì coi như hệ thống được khắc phục và đèn sẽ tắt.

17


Mỗi lần đi qua cảm biến SS4 thì bộ đếm tăng lên 1. Khi đủ 2 thì đèn sẽ báo hiệu
trong 3s rồi tự động tắt. Báo hiệu thùng đã đủ sản phẩm.
Tương tự như vậy đối với cảm biến SS5 và SS6.

Khi nhấn Stop thì động cơ ngừng hoạt động, cảm biến tắt.

18


8. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
8.1 Kết luận
Qua bài mô phỏng trên thì em đã hiểu biết nhiều hơn về hệ thống tự động
hoá trong công nghiệp. Học được cách tư duy thiết kế lập trình PLC cho hệ
thống, cũng như việc lập trình trên phần mềm Tia Porto. Giúp em có nhiều kĩ
năng hiểu biết hơn và định hướng trong tương lai rõ hơn.
Mặc dù mới chỉ trên bản mô phỏng song việc thực thi cũng hoàn toàn phù
hợp với trong thực tiễn. Dự án hoàn toàn có thể được áp dụng trong công nghiệp
cũng như đời sống bởi tính khả thi của nó.
8.2 Hướng phát triển
Việc sử dụng hệ thống chưa hoàn toàn tối ưu, do đó trong tương lai nếu có
cơ hội, em sẽ cải thiện hệ thống chi tiết hơn. Ví dụ ngoài việc phân loại theo
chiều cao, em sẽ kết hợp cùng với đó là phân loại theo màu sắc kết hợp với theo
khối lượng. Như vậy thì việc phân loại sẽ đa dạng hơn và tốt hơn.
Đây chỉ là một hệ thống tự động nhỏ trong một hệ thống lớn. Việc đặt sản
phẩm lên cũng như việc lấy sản phẩm đi khi đầy thùng hoàn toàn có thể tự động
mà không phải dùng bất kì nút gì hay báo hiệu cho người đến lấy. Mà tất cả sẽ
diễn ra tự động hoá đúng như những gì trong công nghiệp đã và đang phát triển
mạnh mẽ.
9. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] />[2] />[3] />[4] />19


PHỤ LỤC
1.
2.
3.

4.

Đặt Vấn Đề……………………………………………………………1
Mục Tiêu Đề Tài………………………………………………………2
Mô Tả Quy Trình Công Nghệ…………………………………………3
Lựa Chọn ThiếBị…………………………...………………………….4
4.1Lựa chọn cảm biến………………………….…………………..4
4.2 Lựa chọn plc………………………………………………,…...5
Bảng tổng hợp thiết bị……………………………………6
5. Mạch Nối Dây và Mạch Động Lực………………………………..……9
5.1 Sơ đồ nối dây PLC…………………………………………….....9
5.2 Mạch động lực…………………………………………….…….10
6. Sơ Đồ Trạng Thái và Chương Trình PLC………………………….......11
6.1 Sơ đồ trạng thái…………………………………………………11
6.2 Chương trình PLC………………………………………………11
7. Kết Quả Mô Phỏng………………………………………………….….12
8. Kết Luận Và Hướng Phát Triển………………………………………...19
8.1 Kết luận………………………………………………………….19
8.2 Hướng phát triển……………………………………….………..19
9. Tài Liệu Tham Khảo……………….…………………………………...19
Chương trình PLC:

20


21


22

23