HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG

Trong thời kỳ của cách mạng công nghiệp 4.0 thì trí tuệ nhân tạo hay các hệ thống tự động hóa đóng vai trò rất quan trọng không chỉ trong sản xuất mà cả trong đời sống hằng ngày. Với mục đích làm cho đời sống con ngươi ngày càng tiện lợi hơn, rất nhiều thiết bị tự động hóa đã được tạo ra và việc nghiên cứu, phát triển về các thiết bị này ngày càng được đề cao và phát triển mạnh. Hệ thống có thể được điều khiển bằng nhiều phương pháp khác nhau như : Dùng hệ thống relay, PLC,…Ngày nay các hệ thống điều khiển bằng PLC đang dần thay thế những hệ thống điều khiển thông qua relay do hệ thống điều khiển bằng PLC có nhiều ưu điểm hơn hệ thống điều khiển thông thường (Hệ thống điều khiển dùng relay). Ở hệ thống thông thường ta thường gặp những vấn đề như hệ thống thường phức tạp, khó sửa chữa. Ngoài ra còn tốn khá nhiều thời gian trong việc lắp đặt và thiết kế, tốc độ hoạt động chậm, mỗi lần muốn thay đổi chương trình ta phải bố trí lại toàn bộ hệ thống. Ở hệ thống dùng PLC, ta có một hệ thống được tích hợp nhiều chức năng trong một khối, giúp ta giảm thiểu tối đa lượng dây nối so với hệ thống điều khiển thống thường. Bên cạnh đó, sự thay đổi các ngõ vào, ra và điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhờ phần mềm điều khiển bằng máy tính. Tốc độ đáp ứng của hệ thống nhanh hơn, cùng với độ bề và độ tin cậy cao hơn so với hệ thống thông thường. Ngoài ra hệ thống có thiết bị chống nhiễu, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ dàng cho việc lập trình thực hiện các lệnh tuần tự. Có thể liên kết với nhiều module rời mở rộng chức năng khi cần thiết. Với những ưu điểm nổi trội được nêu ra ở trên nên đề tài này được thực hiện thông qua hệ thống điều khiển bằng PLC. Đề tài thực hiện việc thiết kế, mô phỏng Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng PLC S7 1200 có thể nói là một trong những hệ thống quan trọng trong nhà máy, xí nghiệm. Khi ngày nay hầu như các nhà máy, xí nghiệp đều sử dụng mô hình này để gia tăng năng suất sản xuất, và sản xuất ra nhiều sản phẩm chất lượng

Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO  BÁO CÁO ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG TRÊN PHẦN MỀM FACTORY IO GVHD: TS Trần Vi Đô SVHT : Nguyễn Thị Ngọc Thi 17151131 Nguyễn Trường Tài 17151123 NGÀNH: CNKT Điều khiển Tự động hóa TP Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2021 1|Page Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………… …………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… ………………… …………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………… Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ LỜI CẢM ƠN Em xin cảm ơn thầy giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi đề cho nhóm em hồn thành tốt đề tài Ngồi ra, nhóm em xin cảm ơn Ban giám hiệu trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM tạo điều kiện tốt để nhóm em học tập nghiên cứu Bên cạnh đó, thầy cô anh chị khoa Điện – Điện tử bạn sinh viên lớp đóng góp ý kiến, cho nhóm em lời khuyên bổ ích để nhóm em hồn thành tốt đề tài Mặc dù cố gắng trình thực kiến thức cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót, mong quý thầy góp ý dẫn để nhóm em hồn thiện thời gian tới Em xin chân thành cảm ơn Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 01 năm 2021 Nhóm sinh viên thực đề tài Nguyễn Thị Ngọc Thi Nguyễn Trường Tài Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đô MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Giới thiệu PLC .2 1.3 Sơ lược lịch sử PLC 1.4 Phân loại PLC .5 1.5 Cấu trúc PLC 1.6 Hoạt động PLC CHƯƠNG CÁC THIẾT BỊ TRONG MƠ HÌNH 2.1 PLC S7-1200 CPU 1214C ( 6ES7214-1AG40-0XB0) 2.2 Cảm biến tiệm cận 10 2.3 Cảm biến quang phản xạ gương 13 2.4 Biến tần Siemens G120 14 2.5 Cảm biến LoadCell khuếch đại tín hiệu KM02A 16 2.5.1 Cảm biến cân nặng LoadCell 20Kg 16 2.5.2 Bộ khuếch đại tín hiệu KM02A 17 2.6 Động pha không đồng 19 2.7 Một số thiết bị khác 20 2.7.1 Băng tải PVC 20 2.7.2 Nút nhấn 20 CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ TỔNG QUÁT VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 21 3.1 Sơ đồ nguyên lý tổng quát 21 3.2 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị 22 CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM FACTORY IO 23 4.1 Giới thiệu 23 4.2 Thiết bị sử dụng 24 4.2.1 Cảm biến quang phản xạ Khuếch tán (Diffuse Replective Sensor) .24 Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đô 4.2.2 Băng tải cân (Conveyor scale) 24 4.2.3 Băng tải dây đai 6m (Belt conveyor) 25 4.2.4 Băng tải chuyển hướng (Pop up wheel sorter) 25 4.2.5 Bảng điều khiển (Electric Switchboard) 26 4.3 Kết nối Factory IO với Tia Portal V15 26 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 27 5.1 Kết luận 27 5.2 Hướng phát triển .27 TÀI LIỆU THAM KHẢO .28 PHỤ LỤC 29 1|Page Điều khiển lập trình HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1 Giao tiếp PLC với thiết bị ngoại vi Hình 1.2 Hình ảnh thực tế PLC năm 1969 Hình 1.3 Hệ thống điều khiển PLC Hình 1.4 PLC S7-300 , S7-400 (bên trái) S7-1200 (bên phải) Hình 1.5 Cấu trúc PLC Hình 1.6 Hoạt động PLC Hình 2.1 PLC SIEMENS S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Hình 2.2 Cấu hình chi tiết PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Hình 2.3 Cảm biến tiệm cận Hình 2.4 Nguyên lý hoạt động cảm biến Hình 2.5 Cảm biến tiệm cận cảm ứng từ Hình 2.6 Cảm biến tiệm cận cảm ứng điện dung Hình 2.7 Cảm biến ngõ loại NPN Hình 2.8 Cảm biến ngõ loại PNP Hình 2.9 Cảm biến quang phản xạ gương OMRon E3Z-R61 2M Hình 2.10 Biến tần G120 Hình 2.11 Sơ đồ chân biến tần Siemens G120 Hình 2.12 Cảm biến cân nặng LoadCell 20Kg Hình 2.13 Bộ khuếch đại tín hiệu KM02A Hình 2.14 Sơ đồ nối dây Loadcell với khuếch đại tín hiệu Hình 2.15 Động pha khơng đồng 4K80-4 (1.1kw) Hình 2.16 Băng tải PVC Hình 2.17 Nút nhấn nhả phẳng Ø22 1NO 1NC đèn LED 220V AC/DC Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát Hình 3.2 Mạch động lực hệ thống Hình 3.3 Sơ đồ đấu dây PLC Hình 4.1 Giao diện mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng Hình 4.2 Các thiết bị Factory IO Hình 4.3 Cảm biến thu phát khuếch tán Hình 4.4 Băng tải cân TS Trần Vi Đô Điều khiển lập trình Hình 4.5 Băng tải dây đai Hình 4.6 Băng tải chuyển hướng Hình 4.7 Bảng điều khiển Hình 4.8 Kết nối Factory với Tia Portal V15 Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật Cảm biến quang Bảng 2.2 Bảng thông số kỹ thuật biến tần G120 Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật cảm biến LoadCell 20Kg Bảng 2.4 Thơng số kỹ thuật chuyển đổi tín hiệu KM02A Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật động pha không đồng TS Trần Vi Đô Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Trong thời kỳ cách mạng cơng nghiệp 4.0 trí tuệ nhân tạo hay hệ thống tự động hóa đóng vai trị quan trọng không sản xuất mà đời sống ngày Với mục đích làm cho đời sống ngày tiện lợi hơn, nhiều thiết bị tự động hóa tạo việc nghiên cứu, phát triển thiết bị ngày đề cao phát triển mạnh Hệ thống điều khiển nhiều phương pháp khác : Dùng hệ thống relay, PLC,…Ngày hệ thống điều khiển PLC dần thay hệ thống điều khiển thông qua relay hệ thống điều khiển PLC có nhiều ưu điểm hệ thống điều khiển thông thường (Hệ thống điều khiển dùng relay) Ở hệ thống thông thường ta thường gặp vấn đề hệ thống thường phức tạp, khó sửa chữa Ngồi cịn tốn nhiều thời gian việc lắp đặt thiết kế, tốc độ hoạt động chậm, lần muốn thay đổi chương trình ta phải bố trí lại tồn hệ thống Ở hệ thống dùng PLC, ta có hệ thống tích hợp nhiều chức khối, giúp ta giảm thiểu tối đa lượng dây nối so với hệ thống điều khiển thống thường Bên cạnh đó, thay đổi ngõ vào, điều khiển hệ thống trở nên dễ dàng nhờ phần mềm điều khiển máy tính Tốc độ đáp ứng hệ thống nhanh hơn, với độ bề độ tin cậy cao so với hệ thống thơng thường Ngồi hệ thống có thiết bị chống nhiễu, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ dàng cho việc lập trình thực lệnh Có thể liên kết với nhiều module rời mở rộng chức cần thiết Với ưu điểm trội nêu nên đề tài thực thông qua hệ thống điều khiển PLC Đề tài thực việc thiết kế, mơ Mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng PLC S7 - 1200 nói hệ thống quan trọng nhà máy, xí nghiệm Khi ngày nhà máy, xí nghiệp sử dụng mơ hình để gia tăng suất sản xuất, sản xuất nhiều sản phẩm chất lượng 1|Page Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ 1.2 Giới thiệu PLC Kỹ thuật điều khiển phát triển thời gian lâu Trước việc điều khiển hệ thống chủ yêu người thực Gần đây, việc điều khiển thực nhờ ứng dụng ngành điện, thực việc đóng ngắt tiếp điểm Relay Các Relay cho phép đóng ngắt cơng suất khơng cần dùng cơng tắc khí Ta thường sử dụng Relay để tạo nên thao tác điều khiển đóng ngắt logic đơn giản Sự xuất máy tính tạo bước tiến điều khiển – Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC PLC xuất vào năm 1970 nhanh chóng trở thành lựa chọn cho việc điều khiển sản xuất PLC (Programmable Logic Controller) thiết bị điều khiển lập trình, thiết kế chun dùng cơng nghiệp để điều khiển tiến trình xử lý từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà thực loạt chương trình kiện, kiện kích hoạt tác nhân kích thích (hay cịn gọi đầu vào) tác động vào PLC qua định thời (Timer) hay kiện đếm qua đếm Khi kiện kích hoạt bật ON, OFF phát chuỗi xung thiết bị bên gắn vào đầu PLC Như ta thay đổi chương trình cài đặt PLC ta thực chức khác nhau, môi trường điều khiển khác Hình 1.1 Giao tiếp PLC với thiết bị ngoại vi 2|Page Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ 1.3 Sơ lược lịch sử PLC Bộ điều khiển lập trình (Programmable controller) hình thành từ nhóm kỹ sư thuộc hãng General Motor vào năm 1968, với ý tưởng ban đầu thiết kế điều khiển thỏa mãn yêu cầu sau:  Lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu  Cấu trúc dạng Module mở rộng, dễ bảo trì sữa chữa  Đảm bảo độ tin cậy môi trường công nghiệp  Giá cạnh tranh Hình 1.2 Hình ảnh thực tế PLC năm 1969 Tuy nhiên, thiết bị đơn giản cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn việc vận hành hệ thống Vì nhà thiết kế bước cải tiến thiết bị làm cho thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, việc lập trình cho hệ thống cịn khó khăn, lúc khơng có thiết bị lập trình ngoại vi hổ trợ cho cơng việc lập trình Để đơn giản hóa việc lập trình, thiết bị điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) đời vào năm 1969 Điều tạo phát triển thực cho kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn thiết bị điều khiển lập trình (PLC) đơn giản nhằm thay hệ thống Relay dây nối hệ thống điều khiển cổ điển Qua trình vận hành, nhà 3|Page Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ 2.7 Một số thiết bị khác 2.7.1 Băng tải PVC Hình 2.16 Băng tải PVC  Thông số kỹ thuật Chiều dài băng tải : 1.000 – 6.000 (mm) Chiều rộng băng tải : 300 – 1.000 (mm) Chiều cao băng tải điều chỉnh : 500 – 1.500 (mm) Góc nghiêng băng tải 0-30º 2.7.2 Nút nhấn Hình 2.17 Nút nhấn nhả phẳng Ø22 1NO 1NC đèn LED 220V AC/DC  Thông số kỹ thuật Loại Nút nhấn nhả phẳng Kích thước (Ø) 22 mm Tiếp điểm NO + NC Đèn báo LED Điện áp đèn báo 220V AC/DC 20 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đô CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ TỔNG QUÁT VÀ LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 3.1 Sơ đồ nguyên lý tổng quát Thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm có xử lý tín hiệu Digital tín hiệu Analog (hàm Norm Scale) để phân loại sản phẩm theo khối lượng đặt trước Hình 3.1 Sơ đồ tổng quát  Nguyên lý làm việc: Cấp nguồn cho mô hình, thùng hàng băng tải đưa tới cân Cảm biến cân nặng tác động, gửi tín hiệu đầu vào tới PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Khi nhận tín hiệu đầu vào, PLC xử lý tín hiệu đưa tín hiệu điều khiển , gửi tới cấu chấp hành động băng tải , cần gạt… phân loại sản phẩm theo cân nặng cài đặt săn Số lượng sản phẩm hiển thị hình nhờ cảm biến đặt băng tải 21 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đô 3.2 Sơ đồ kết nối PLC với thiết bị  Mạch động lực Hình 3.2 Mạch động lực hệ thống  Sơ đồ đấu dây PLC Hình 3.3 Sơ đồ nối dây PLC 22 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ CHƯƠNG 4: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM FACTORY IO 4.1 Giới thiệu FACTORY IO phần mềm 3D trực quan dùng để mơ chương trình PLC hệ thống điều khiển tự động hóa nhà máy, xí nghiệp training kỹ lập trình Mơ tín hiệu analog thực tế, phù hợp nhiều loại PLC hãng tiếng Siemens, Mitsubishi, Allen Bradley Nhược điểm phần mềm đáp ứng hết nhu cầu thực tế không mô tải băng tải Hình 4.1 Giao diện mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng Hình 4.2 Các thiết bị Factory IO 23 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đô 4.2 Thiết bị sử dụng 4.2.1 Cảm biến quang phản xạ Khuếch tán (Diffuse Replective Sensor) Cảm biến phát từ xa vật thể, đo lường khoảng cách tốc độ di chuyển đối tượng Có LED đỏ giúp phát đối tướng  Vật liệu phát : chất rắn  Phạm vi phát tối đa : – 2m Hình 4.3 Cảm biến quang phản xạ khuếch tán 4.2.2 Băng tải cân (Conveyor scale) Chạy với tốc độ cao, quy mô băng tải sử dụng để kiểm soát cân nặng Có dải cân khác tùy theo cấu hình lựa chọn  Tốc độ truyền tải tối đa: 0.6 m/s  Tải trọng: 20kg 100kg Hình 4.4 Băng tải cân 24 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ 4.2.3 Băng tải dây đai 6m (Belt conveyor) Băng tải sử dụng để vận chuyển hàng hóa nhẹ Có thể kiểm sốt tốc độ chạy tín hiệu số tương tự  Độ dài có săn: 2, 6m  Tốc độ truyền tải tối đa: 0.6 m/s (Digital) m/s (Analog) Hình 4.5 Băng tải dây đai 4.2.4 Băng tải chuyển hướng (Pop up wheel sorter) Khi cấp điện, sản phẩm đưa từ băng tải đai đến băng tải cân với tốc dộ cao trượt lăn băng tải chuyển hướng làm di chuyển sản phẩm vị trí phân loại kích thước định săn Hình 4.6 Băng tải chuyển hướng 25 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ 4.2.5 Bảng điều khiển (Electric Switchboard) Gắn nút nhấn Start, Stop, Reset , đèn led báo hiệu, hình hiển giá trị đo lường hệ thống hoạt động Hình 4.7 Bảng điều khiển 4.3 Kết nối Factory IO với Tia Portal V15 File → Drives → Siemens S7-PLCSIM → CONNECT Hình 4.8 Kết nối Factory với Tia Portal V15 Sau kết nối thành công, tiến hành chạy mô thực tế để quan sát kết thực nghiệm 26 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đô CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Qua đề tài “Mô hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng” giúp nhóm có thêm hiểu biết cách xử lý, chuyển đổi tín hiệu analog PLC S7-1200 thơng qua hàm hỗ trợ NORM, SCALE, CONV Có thêm kiến thức lựa chọn cảm biến Loadcell, tiệm cận, điện dung cho phù hợp yêu cầu sử dụng Bên cạnh việc lập trình ngơn ngữ Ladder phần mềm TIA PORTAL V15 ta cịn liên kết với phần mềm Factory IO để mô 3D cách trực quan mơ hình nhà máy với hệ thống băng chuyền chạy sản phẩm cách “bắt tay” hai phần mềm qua Template tương thích Ưu điểm: Hệ thống cân đưa sản phẩm vị trí, đếm số lượng yêu cầu Nhược điểm: Phần mềm Factory IO khơng có khả mơ q tải băng tải 5.2 Hướng phát triển Từ mơ hình nhóm phát triển thêm hệ thống đóng gói cho sản phẩm vận chuyển sang dây chuyền tự động khác Có thể gắn thêm camera để giám sát trình hoạt động hệ thống Dùng đèn hay buzzer để báo hiệu cố xuất tải dây chuyền hàng 27 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đô TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://hoangvina.com/plc-s7-1200-cpu-1214c-dc-dc-dc/ [2] https://www.vietmatic.com/2020/10/plc-siemens-s7-1200-cpu-1214c6es7214.html [3] https://www.bkaii.com.vn/tin-tuc/483-cam-bien-tiem-can-la-gi-khai-niem-dacdiem-phan-loai-va-nguyen-li-hoat-dong [4] https://nshopvn.com/product/cam-bien-loadcell-20kg/ [5] https://hoplongtech.com/products/e3z-d61-2m [6] https://sieuthihaiminh.vn/dong-co-khong-dong-bo-3-pha-hem-4k80-4-11kw.html 28 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đô PHỤ LỤC 29 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ 30 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đô 31 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ 32 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đơ 33 | P a g e Điều khiển lập trình TS Trần Vi Đô 34 | P a g e ... mạnh Hệ thống điều khiển nhiều phương pháp khác : Dùng hệ thống relay, PLC,…Ngày hệ thống điều khiển PLC dần thay hệ thống điều khiển thông qua relay hệ thống điều khiển PLC có nhiều ưu điểm hệ thống. .. trình ta phải bố trí lại tồn hệ thống Ở hệ thống dùng PLC, ta có hệ thống tích hợp nhiều chức khối, giúp ta giảm thiểu tối đa lượng dây nối so với hệ thống điều khiển thống thường Bên cạnh đó, thay... trội nêu nên đề tài thực thông qua hệ thống điều khiển PLC Đề tài thực việc thiết kế, mơ Mơ hình phân loại sản phẩm theo khối lượng sử dụng PLC S7 - 1200 nói hệ thống quan trọng nhà máy, xí nghiệm