TỔNG QUAN
ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt là kỹ thuật điện tử, đã làm nổi bật vai trò quan trọng của điều khiển tự động trong nhiều lĩnh vực như quản lý và công nghiệp tự động hóa Do đó, việc nắm bắt và vận dụng hiệu quả điều khiển tự động là cần thiết để góp phần vào sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật toàn cầu, cũng như thúc đẩy sự tiến bộ trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển tự động.
Trong quá trình tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất, chúng tôi đã quan sát được nhiều khâu tự động hóa trong sản xuất Đặc biệt, khâu phân loại nông sản thực phẩm sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens là một trong những ứng dụng nổi bật của công nghệ tự động hóa.
Sau khi nghiên cứu các đề tài và công trình trước đây, tôi quyết định chọn đề tài "Điều khiển và giám sát hệ thống phân loại táo theo màu sắc và rửa táo" Nhiều nghiên cứu đã thực hiện việc phân loại nông sản dựa trên chiều cao, khối lượng và kích thước, nhưng các phương pháp này không phù hợp với nông sản có khối lượng và kích thước nhỏ Do đó, cần một hướng xử lý mới cho hệ thống phân loại, đó là phân loại nông sản dựa trên màu sắc.
Nhiều hệ thống hiện nay chỉ thực hiện phân loại mà chưa có cơ chế giám sát và quản lý hiệu quả Do đó, việc xây dựng một hệ thống giám sát và quản lý quy trình phân loại là rất cần thiết để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong công tác phân loại.
MỤC TIÊU
Với đề tài này mục tiêu mà em đặt ra là tìm hiểu nghiên cứu sâu hơn về PLC S7-
Mô hình phân loại táo theo màu sắc với ứng dụng thực tế 1200 đã được thiết kế và thi công, đồng thời thực hiện việc điều khiển và giám sát hoạt động của hệ thống.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
NỘI DUNG 1: Nghiên cứu về PLC S7- 1200
Dựa trên các dữ liệu thu thập được và đặc tính màu sắc của táo, chúng tôi đã tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế và thi công mô hình phù hợp.
NỘI DUNG 3: Thiết kế lưu đồ giải thuật và viết chương trình điều khiển cho PLC Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống.
Thử nghiệm và điều chỉnh phần mềm cùng phần cứng là cần thiết để tối ưu hóa mô hình và nâng cao tính dễ sử dụng Việc đánh giá các thông số của mô hình so với thông số thực tế sẽ giúp cải thiện hiệu suất hoạt động của hệ thống, đảm bảo rằng nó đạt được kết quả tính toán mong muốn.
NỘI DUNG 5: Viết báo cáo và thực hiện.
NỘI DUNG 6: Đánh giá kết quả thực hiện.
GIỚI HẠN
Mô hình phân loại theo quy mô nhỏ
Phân loại theo 3 màu: xanh, đỏ, vàng.
Tốc độ phân loại chậm.
BỐ CỤC
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Chương 3: Tính toán và thiết kế
Chương 4: Thi công hệ thống
Chương 5: Kết quả- Nhận xét- Đánh giá
Chương 6: Kết luận và đưa ra hướng phát triển.
Chương trình này giới thiệu về vấn đề dẫn nhập, lý do lựa chọn đề tài, mục tiêu nghiên cứu, nội dung nghiên cứu, các giới hạn của đồ án và cấu trúc tổng thể của nó.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Giới thiệu về các linh kiện, thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, các chuẩn truyền, giao thức.
Chương 3: Tính toán và thiết kế
Tính toán và thiết kế, đưa ra sơ đồ nguyên lí của hệ thống.
Chương 4: Thi công hệ thống
Thi công hệ thống, lưu đồ, đưa ra giải thuật và chương trình.
Chương 5: Kết quả, Nhân xét, Đánh giá Đưa ra kết quả đạt được sau một thời gian nghiên cứu, một số hình ảnh của hệ thống, đưa ra những nhận xét, đánh giá toàn bộ hệ thống.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển
Trình bày những kết luận về hệ thống những phần làm rồi và chưa làm, đồng thời nêu ra hướng phát triển của hệ thống.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ RỬA TÁO
Sau khi thu hoạch, nông sản cần trải qua nhiều bước phân loại trước khi đưa ra thị trường Đối với táo, quy trình bắt đầu bằng việc rửa sạch bằng máy, sau đó táo được đưa vào hệ thống băng tải để phân loại theo kích thước, khối lượng và màu sắc Sau khi hoàn tất quá trình phân loại, táo sẽ tiếp tục được chuyển đến các công đoạn khác trước khi xuất xưởng và đến tay người tiêu dùng.
NGUYÊN TẮC PHÂN LOẠI TÁO
2.2.1 Phân loại theo kích thước
Việc chọn lọc táo dựa trên kích thước giúp tạo ra sự đồng đều và thu hút thị hiếu người tiêu dùng Tuy nhiên, phương pháp này không đảm bảo chất lượng của quả táo, vì không thể phân biệt được quả đã chín hay còn xanh.
2.2.2 Phân loại theo màu sắc
Việc phân loại táo theo màu sắc không chỉ đảm bảo chất lượng của quả táo mà còn giúp dễ dàng trong việc bảo quản và tính toán thời gian bảo quản phù hợp Mặc dù phương pháp này không đảm bảo tất cả các quả táo đều đồng đều và đẹp mắt, nhưng chất lượng vẫn là yếu tố hàng đầu, do đó phân loại theo màu sắc được xem là nguyên tắc quan trọng nhất trong quá trình phân loại táo.
2.2.3 Phân loại theo khối lượng
Nguyên tắc phân loại táo theo khối lượng tương tự như phân loại theo kích thước, nhằm đạt được độ đồng đều cho sản phẩm Tuy nhiên, phương pháp này chỉ dựa vào việc đo khối lượng của quả táo và không đảm bảo chất lượng của táo sau khi phân loại.
TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-1200
PLC, hay Bộ điều khiển logic có thể lập trình, là thiết bị điều khiển linh hoạt cho phép người dùng thay đổi thuật toán điều khiển thông qua ngôn ngữ lập trình, khác với các bộ điều khiển truyền thống Với sự phát triển của tự động hóa, PLC ngày càng được trang bị nhiều tính năng mở rộng, giúp điều khiển nhiều thiết bị và kết nối các hệ thống khác nhau Các tính năng phổ biến hiện nay bao gồm khả năng đọc và xuất tín hiệu Analog, nhận xung tốc độ cao từ cảm biến encoder, và kết nối với các thiết bị ngoại vi như màn hình cảm ứng HMI và máy tính.
PLC thường được cấu tạo bởi 3 thành phần chính đó là:
CPU: mỗi loại PLC tuỳ theo ứng dụng thì sẽ có tốc độ xử lý cũng như bộ nhớ lưu trữ chương trình, khả năng mở rộng khác nhau
Khối ngoại vi bao gồm: in/out, truyền thông, module phát xung, analog.
Cấu trúc của một PLC bao gồm các module đầu vào và đầu ra, cho phép nhận và xử lý tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi như cảm biến và công tắc Nguyên lý hoạt động của PLC bắt đầu khi CPU nhận tín hiệu đầu vào qua module đầu vào, sau đó xử lý và gửi tín hiệu điều khiển ra ngoài qua module đầu ra theo một chương trình đã lập trình sẵn Một chu kỳ quét, hay vòng quét, bao gồm các bước đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thông nội, tự kiểm tra lỗi và cập nhật tín hiệu đầu ra Thời gian thực hiện một vòng quét thường rất ngắn, từ 1ms đến 100ms, và phụ thuộc vào tốc độ xử lý lệnh của PLC, độ dài chương trình và tốc độ giao tiếp với thiết bị ngoại vi.
Trên thị trường toàn cầu hiện nay, có nhiều hãng sản xuất PLC nổi tiếng như Omron, Siemens, Mitsubishi, Fuji, Idec, và Panasonic Trong số đó, PLC Siemens, đặc biệt là dòng S7-1200, được ưa chuộng nhất nhờ tính năng đa dạng, lập trình dễ dàng và giá thành hợp lý, nên được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp.
Bảng 2.1 Bảng phân loại chức năng của các dòng PLC S7-1200
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước ảnh tiến trình
1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte Độ mở rộng các module tín hiệu
3 ( mở ộng về bên trái)
Các bộ đếm tốc độ cao
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC
Thời gian lưu trữ đồng hồ
Thông thường 10 ngày/ ít nhất 6 ngày tại 40°C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet
Tốc độ thực thi tính toán thực
Họ S7-1200 mang đến nhiều module tín hiệu và bảng tín hiệu, giúp mở rộng khả năng của CPU Ngoài ra, người dùng có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ nhiều giao thức khác nhau.
Bảng 2.2 Bảng các module hỗ trợ PLC S7-1200
Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp
Kiểu số 8 x DC In 8x DC Out
16x DC In/ 16x Relay Out Kiểu tương tự 4 x Analog In
Kiểu tương tự - 1 x Analog In -
Bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng mở rộng khả năng I/O cho CPU, có thể thêm vào cả I/O kiểu số và kiểu tương tự SB được kết nối ở phía trước của CPU, mang lại sự linh hoạt trong việc mở rộng chức năng cho hệ thống.
+SB với 4 I/O kiểu số ( ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)
+SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng. Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU.
Hình 2.3: Các module tín hiệu của PLC S7-1200
1: Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu
2: Bộ phận kết nối đường dẫn
3: Bộ phận kết nối nối dây của người dùng ( có thể tháo ra)
Họ PLC S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485.
Hình 2.4: Các module truyền thông của PLC S7-1200 +CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông
+Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một CM khác)
MỘT SỐ LINH KIỆN KHÁC
Hình 2.5: Động cơ DC giảm tốc 12V Thông số kỹ thuật:
- Tốc độ không tải: 40 vòng/ phút
- Chiều dài trục motor: 16mm
- Đường kính trục motor: 5mm
Hình 2.6: Led đơn Thông số kỹ thuật:
Hình 2.7: Nút nhấn 2.4.4 NÚT DỪNG KHẨN CẤP
Hình 2.8: Nút dừng khẩn cấp
MCB đóng vai trò quan trọng để đóng cắt điện toàn bộ hệ thống.
Opto, hay còn gọi là cách ly quang, là linh kiện tích hợp bao gồm một LED và một photodiot hoặc phototransistor Linh kiện này được sử dụng để cách ly giữa các khối có điện áp hoặc công suất khác nhau, như giữa khối công suất nhỏ và khối điện áp lớn.
Nguyên lý hoạt động của opto là khi dòng điện nhỏ chạy qua hai đầu của LED, LED sẽ phát sáng Sự phát sáng này làm cho hai cực của photodiode thông, cho phép dòng điện chạy qua.
Hình 2.10: Sơ đồ chân PC817
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
Các lớp của hệ thống
Hình 3.1: Kiến trúc của hệ thống điều khiển.
Giới thiệu về phần mềm lập trình
Để lập trình PLC của Siemens, người dùng cần sử dụng phần mềm TIA Portal (Total Integrated Automation Portal) Phần mềm này có giao diện thân thiện, phù hợp cho cả người mới và người có kinh nghiệm trong lập trình tự động hóa TIA Portal cho phép lập trình, cấu hình, thử nghiệm và chẩn đoán tất cả các bộ điều khiển PLC và các module, HMI của Siemens.
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của Siemens, cho phép điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu trong sản xuất cho mạng Scada trong công nghiệp Chương trình này thiết kế giao diện Người và Máy (HMI) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là giám sát, thu thập số liệu và điều khiển quá trình sản xuất Để đáp ứng nhu cầu người dùng, Siemens thường xuyên cập nhật các giao diện, nhằm mô phỏng quá trình của nhiều hệ thống khác nhau.
Tính toán và thiết kế hệ thống
3.3.1 Thiết kế sơ đồ khối của hệ thống
Với giới hạn và yêu cầu mà đề bài đưa ra, tiến hành thiết kế sơ đồ khối hệ thống như sau:
Hình 3.2: Sơ đồ khối của hệ thống Chức năng của các khối:
Khối xử lý màu sắc: có chức năng xử lý tín hiệu từ cảm biến màu sắc và gửi tín hiệu đến khối xử lý trung tâm
Khối cảm biến bao gồm cảm biến màu sắc và cảm biến nhận diện vật cản, có khả năng nhận biết màu sắc và nhận diện táo khi di chuyển trên băng tải.
Khối băng chuyền: có chức năng đưa táo đến các khu vực xử lý khác trong hệ thống.
Khối hệ thống điều khiển khí nén: có chức năng chặn táo để đưa táo được phân loại ra khỏi băng chuyền.
Khối xử lý trung tâm: có chức năng nhận, xử lý thống tin và điểu khiển các khối khác.
Khối nguồn: có chức năng cấp nguồn cho cả hệ thống.
3.3.2 Tính toán và thiết kế các khối a Khối xử lý màu sắc: b Khối cảm biến vật cản:
Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C4 được chọn cho mô hình nhờ khả năng xác định khoảng cách đến vật cản với độ phản hồi nhanh và ít nhiễu Cảm biến này sử dụng ánh sáng hồng ngoại với tần số riêng biệt để hoạt động hiệu quả Người dùng có thể điều chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, và ngõ ra cảm biến ở dạng cực thu yêu cầu thêm trở kéo lên nguồn khoảng 1-10k Ohm ở chân tín hiệu khi sử dụng.
Hình 3.3: Cảm biến tiệm cân E3F-DS30C4 Thông Số Kỹ Thuật:
- Khoảng cách điều chỉnh cảm biến: 7 - 30cm.
- Dòng kích ngõ ra: 300mA
- Nguồn điện cung cấp: 6 - 36VDC
- Khoảng cách phát hiện vật cản: 0~30cm
- Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độ
- Xanh dương: GND Ứng dụng:
Cảm biến có khả năng phát hiện vật thể khi chúng đi qua, đồng thời xác định khoảng cách của vật thông qua khoảng cách hoạt động của cảm biến Chẳng hạn, cảm biến có thể nhận diện một vật trên băng chuyền Ưu điểm của công nghệ này là nâng cao hiệu quả trong việc giám sát và quản lý quy trình sản xuất.
- Phát hiện ra vật mà không cần tiếp xúc với vật thể đó (Phát hiện từ xa).
- Thời gian đáp ứng nhanh, có thể điều chỉnh độ nhạy theo ứng dụng.
Hình 3.4: Mô tả tổng quan cảm biến vật cản hồng ngoại
Hình 3.5: Sơ đồ nối dây cảm biến vật cản hồng ngoại
Cảm biến E3F-DS30C4 là loại cảm biến NPN, khi được kích hoạt, tín hiệu ra sẽ giảm xuống mức 0V và được đưa về ngõ vào của PLC để xử lý Để xử lý tín hiệu kích 24V, cần sử dụng mạch công suất Dưới đây là sơ đồ mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F-DS30C4 và PLC.
Hình 3.6: Mạch công suất giao tiếp giữa cảm biến E3F-DS30C4 với PLC
Khi có táo đi qua cảm biến, tín hiệu sẽ đưa ra mạch công suất và đưa vào PLC để xử lý hoạt động của các xi lanh.
Hình 3.7: Sơ đồ kết nối từ mạch công suất với ngõ vào PLC c Khối băng chuyền
Khối băng chuyền sẽ chuyển táo đến cảm biến màu sắc để thực hiện phân loại Hệ thống có kích thước nhỏ gọn, sử dụng 2 động cơ DC với điện áp 12V; một động cơ để lấy cà chua vào băng chuyền và động cơ còn lại để kéo băng chuyền hoạt động.
Hai động cơ được điều khiển bởi PLC và được kết nối với ngõ vào PLC như sau:
Hình 3.8: Sơ đồ kết nối 2 động cơ với PLC d Khối hệ thống điều khiển khí nén
Hệ thống điều khiển khí nén có vai trò quan trọng trong việc đưa táo ra khỏi băng tải để hoàn thành quá trình phân loại Hệ thống này bao gồm hai thành phần chính: xilanh và van điện tử.
Xi lanh khí nén là thiết bị cơ khí chuyển đổi năng lượng từ khí nén thành động năng, thường được gọi là pen khí nén Nó tạo ra lực và kết hợp với chuyển động, sử dụng khí nén từ máy nén khí Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xi lanh khí nén và van khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu rõ cách thức vận hành của các hệ thống khí nén.
-Van điện từ khí nén :
Van điện từ khí nén, hay còn gọi là van đảo chiều, là thiết bị dùng để điều khiển việc đóng mở đường dẫn khí nén và điều chỉnh hướng khí nén, từ đó thay đổi hướng hoạt động của cơ cấu chấp hành Các loại van này được phân loại dựa trên số vị trí và số cửa truyền động, bao gồm van khí nén 2/2, 3/2, 5/2, 5/3 và 4/2, mỗi loại có chức năng và ứng dụng riêng biệt trong hệ thống khí nén.
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại van với kiểu dáng và kích thước đa dạng, nhưng chúng đều có chức năng chung là điều khiển việc đóng mở cửa van cung cấp khí nén, phục vụ cho nhu cầu vận hành của các thiết bị như bộ lọc, xi lanh, bình dầu và điều áp.
-Nguyên lý hoạt động của van điện từ khí nén – van 5 cửa 2 vị trí:
Van 5/2 hoạt động theo nguyên lý như sau: Trong trạng thái bình thường, khí nén không đi qua van, với cửa 1 thông cửa 2, cửa 3 đóng và cửa 4 thông với cửa 5 Khi cấp nguồn điện 12v, 24v hoặc 110v, 220v, cửa 1 sẽ thông với cửa 4, cửa 2 thông với cửa 3, và cửa 5 bị đóng, cho phép khí đi qua van đến xi lanh Đối với van 5/2 một đầu điện, khi cấp điện, van sẽ đảo chiều và ngưng cấp điện sẽ đưa van về trạng thái ban đầu Với van điện từ khí nén 5/2 hai đầu điện, khi cấp điện ở đầu 1, ty xi lanh sẽ di chuyển ra ngoài, còn khi cấp điện ở đầu 2, ty xi lanh sẽ rút về nhanh chóng.
Cuộn hút của van khí nén được cấp điện điều khiển thông qua Relay được nối với hệ thống xử lý trung tâm.
Van điện từ được chọn là loại van khí nén 5/2 Airtac, nổi bật với khả năng đảo chiều 5/2 thông qua tác động trực tiếp của dòng khí nén từ hai phía Loại van này còn có tính năng nhớ hai trạng thái, làm cho nó trở thành lựa chọn hiệu quả cho việc điều khiển xy lanh tác dụng kép.
Hình 3.10: Van khí nén 5/2 Airtac Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của xi lanh khí nén:
Thiết bị trong hệ thống khí nén đóng vai trò chấp hành quan trọng, chuyển hóa năng lượng khí nén thành động năng để thực hiện các tác động như đóng, mở, kéo, đẩy và ép, tùy thuộc vào yêu cầu công việc cụ thể.
Cấu tạo của xi lanh khí nén gồm 4 bộ phận chính:
Đầu vào và đầu ra khí nén.
Pít tông: Bộ phận chính tạo ra cơ năng
Thân xi lanh: Là toàn bộ bên ngoài mà chúng ta nhìn thấy bằng mắt thường.
Bộ phận trượt: Giúp giữ pít tông cố định và giúp piston trượt hoạt động tốt.
Nguyên lý hoạt động của xi lanh khí nén:
Sau khi lắp đặt và kích hoạt xy lanh, khí nén được đưa vào bên trong thông qua ống dẫn và cửa khí vào, làm tăng áp suất bên trong Áp lực khí nén khiến piston di chuyển tịnh tiến, từ đó điều khiển thiết bị bên ngoài Khi khí nén thoát ra qua cửa khí ra, một chu kỳ hoạt động hoàn tất, và xy lanh sẽ tiếp tục vận hành cho đến khi người điều khiển ngắt nguồn khí.
Trong đề tài này xi lanh được sử dụng là xi lanh CDJ2D10-100B của SMC.
Với thông số kỹ thuật của xi lanh là:
- Áp suất hoạt động tối đa: 0.7 Mpa
- Áp suất hoạt động tối thiểu: 0.06 Mpa
- Hành trình pít tông: 45 mm
- Tốc độ pít tông: 50 ~ 750 mm/s
- Đường kính xi lanh: 16 mm
Hình 3.12: Xi lanh khí nén CDJ2D10-100B
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của van điện từ và cảm biến tiệm cận
Hình 3.13: Cấu tạo của van điện từ
1 Thân van: Vật liệu là đồng thau, inox, nhựa.
2 Môi chất: Nước, Khí, Gas.
3 Ống rỗng: Là ống khi dòng lưu chất chưa chảy qua.
4 Vỏ bên ngoài cuộn hút.
5 Cuộn coil: Sinh ta từ trường để làm di chuyển pít tông.
6 Dây điện kết nối với nguồn điện
8 Lò xo để di chuyển pít tông về trạng thái ban đầu.
9 Khe hở để lưu chất có thể di chuyển được khi pít tông di chuyển.
-Nguyên lí hoạt động của van điện từ:
Khi được cấp nguồn điện 24V, cuộn dây tạo ra từ trường, làm cho piston vượt qua lực đàn hồi của lò xo và di chuyển lên, cho phép lưu chất chảy qua khe hở Khi ngừng cấp điện, lực đàn hồi của lò xo sẽ đẩy piston trở lại vị trí ban đầu, đóng van Đây là nguyên lý hoạt động của van điện từ trong máy lọc nước RO.
Hình 3.14: Van điện từ dùng cho máy lọc nước RO 24V.
Sở dĩ chọn loại van điện từ này là vì:
-Dễ dàng thi công lắp đặt.
-Chấp hành được yêu cầu đặt ra. e Khối xử lý trung tâm
-Giới thiệu về CPU 1214C DC/DC/DC được sử dụng trong mô hình:
Dựa vào bảng thông tin (catalog) các dòng sản phẩm của PLC Siemens S7-1200 thì em chọn loại CPU 1214C DC/DC/DC để thực hiện đề tài này.
Hình 3.15: CPU 1214C DC/DC/DC.
1.Bộ phận kết nối nguồn.
2.Bộ phận kết nối dây và khe cắm thẻ nhớ.
4.Bộ phận kết nối profinet.
CPU 1214C DC/DC/DC có bao gồm 14 ngõ vào DI, 10 ngõ ra Transistor và 2 ngõ vào
AI được tính hợp sẵn trên module.
Khối nguồn của PLC S7-1200 CPU 1214C f yêu cầu cả nguồn AC và DC Nguồn AC 220V được lấy trực tiếp từ lưới điện để cung cấp cho khối xử lý trung tâm.
Riêng về nguồn DC chúng ta sử dụng cho khối xử lý màu sắc và các ngoại vi PLC.
Với khối xử lý màu sắc ta có dòng của các linh kiện sau đây:
Bảng 3.1 Bảng liệt kê các linh kiện sử dụng linh kiện dòng chính
Tên linh kiện Số lượng Dòng hoạt động
Tổng dòng của các linh kiện ở khối xử lý màu sắc là 380mA Nên ta chọn Adapter 9VDC-1A để cấp cho khối xử lý màu sắc.
Lưu đồ giải thuật
3.4.1 Lưu đồ giải thuật chương trình chính
Hình 3.21: Hình ảnh lưu đồ giải thuật CT chính
3.4.2 Lưu đồ giải thuật khối màu sắc
Hình 3.22: Hình ảnh lưu đồ giải thuật khối màu sắc
Thiết lập, cấu hình ngõ vào ra
Kiểm tra tín hiệu cảm biến vật cản
Bật led đỏ Điều khiển chân tín hiệu đỏ
Bật led vàng Điều khiển chân tín hiệu vàng
Bật led xanh Điều khiển chân tín hiệu xanh
3.4.3 Địa chỉ các I/O của chương trình điều khiển
STT Name Data type Address
Bảng 3.2: Bảng liệt kê địa chỉ của chương trình
SCADA mô phỏng giám sát hệ thống
Để đảm bảo an toàn và giám sát hiệu quả quy trình hoạt động của hệ thống, việc mô phỏng hệ thống qua SCADA là rất quan trọng, đặc biệt khi hệ thống gặp sự cố.
Hình 3.23: Hình ảnh SCADA mô phỏng hệ thống
Giao diện này cho phép người dùng theo dõi các thông số sản phẩm cũng như phát hiện những lỗi xảy ra trong quá trình hoạt động của hệ thống.
Trạng thái của thiết bị
Hệ thống đang gặp phải sự cố gì
THI CÔNG HỆ THỐNG
Giới thiệu
Sau khi hoàn thành việc tính toán và thiết kế dựa trên sơ đồ khối, tôi đã tiến hành thi công mô hình toàn hệ thống, bao gồm khối băng chuyền vận hành táo và khối cảm biến màu sắc Tôi cũng lắp ráp hệ thống điện cho toàn bộ hệ thống, viết chương trình điều khiển và tạo giao diện giám sát SCADA để theo dõi quá trình vận hành.
Thi công hệ thống
*Bảng vẽ phần khung băng tải cân:
Hình 4.1: Bảng vẽ khung băng tải cân.
-Kích thước: dài 60cm, ngang 20cm, cao 8cm
-Vật liệu: Nhôm định hình
*Bảng vẽ trục quay của băng tải:
Hình 4.2: Bản vẽ cơ khí trục quay băng tải.
-Đường kính vòng lớn: 3.5cm
-Đường kình vòng nhỏ: 2.2cm
-Vật liệu: Nhựa nguyên khối
Hình 4.3: Bảng vẽ của băng chuyền Thông số kỹ thuật:
-Vật liệu: Nhôm định hình
*Thi công hệ thống phân loại sản phẩm:
Sử dụng nhôm định hình dài 15cm và nhựa nguyên khối dài 17cm để tạo khung đế cho băng chuyền Bên hông băng chuyền được trang bị piston khí nén và cảm biến hồng ngoại, giúp đẩy sản phẩm ra ngoài khi đạt khối lượng chuẩn đã quy định.
Hình 4.4: Băng chuyền phân loại.
-Bảng vẽ và kích thước của tủ điện:
Hình 4.5: Hình ảnh và kích thước của tủ điện -Bảng vẽ bố trí thiết bị tủ điện:
Hình 4.6:Hình ảnh bố trí thiết bị của tủ điều khiển
-Sơ đồ đấu dây của nút nhấn với PLC
Hình 4.7: Sơ đồ dấu dây của PLC với các nút nhấn.
-Sơ đồ đấu dây của PLC với các cảm biến hồng ngoại.
Hình 4.8: Sơ đồ đấu dây PLC với cảm biến hồng ngoại
-Sơ đồ nối dây của PLC, Relay trung gian với các thiết bị chấp hành:
Hình 4.9: Sơ đồ đấu dây PLC, relay và các thiết bị chấp hành
Hình 4.10: Tủ điện sau khi được đấu dây hoàn chỉnh
Hình 4.11: Tủ điện sau khi được hoàn thành
Thực nghiệm
*Các bước trong quá trình thực nghiệm:
Kiểm tra sơ đồ đấu dây, kiểm tra kín mạch
Cấp nguồn cho hệ thống
Hệ thống có 2 chế độ Manual và Auto
Ở chế độ Manual chúng ta có thể điều khiển được sensor hoặc motor theo ý muốn
Ở chế độ Auto nhấn nút Start ở tủ điện hoặc nút start ở giao diện SCADA để bắt đầu ( Ở chế độ Manual k xài được Start hoặc Stop)
Nhấn nút Stop ở tủ điện hoặc nút Stop ở giao diện SCADA để dừng hệ thống.
Nhấn nút Reset để làm mới toàn bộ vùng nhớ lưu trữ.
*Kết quả của thực nghiệm:
Nhìn chung các cơ cấu chấp hành đều hoạt động và đáp ứng được tương đối yêu cầu đặt ra cho từng khâu.
Động cơ băng tải hoạt động hiệu quả, nhưng gặp phải sự cố về nhiễu đường truyền khi khởi động, dẫn đến tốc độ phản hồi với nút bấm trên giao diện SCADA chưa đạt yêu cầu Tuy nhiên, khi đường truyền ổn định, tốc độ phản hồi lại trở nên tốt hơn.
Cảm biến hoạt động tốt, tốc độ phản hồi ổn định.
*Hình ảnh trong quá trình thực nghiệm:
Hình 4.12: Chế độ Auto của hệ thống phân loại táo theo màu sắc khi nhấn Start
Hình 4.13: CB phát hiện táo vàng và đưa táo đến piston để đẩy táo vào thùng
Hình 4.14: CB phát hiện táo xanh và đưa táo xanh đến piston để đẩy táo vào thùng
Hình 4.15: CB phát hiện táo đỏ và đưa táo đỏ đến piston để đấy táo vào thùng
Hình 4.16: Hệ thống Auto sau khi nhấn nút Stop
Hình 4.17: Hệ thống Auto sau khi nhấn nút Reset
