TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Lịch sử phát triển
Hệ thống phân loại sản phẩm là giải pháp công nghệ tự động hóa, thay thế các phương pháp phân loại thủ công, giúp phân chia sản phẩm theo các đặc tính đã được quy định Hoạt động phân loại sản phẩm thủ công hiện nay vẫn tốn nhiều công sức và có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe công nhân, đặc biệt trong các ngành nghề độc hại Tốc độ đổi mới công nghệ tại Việt Nam chậm và không đồng đều, với phần lớn doanh nghiệp sử dụng công nghệ lạc hậu, kém phát triển so với thế giới từ 2-3 thế hệ Khoảng 80%-90% công nghệ hiện tại là công nghệ nhập khẩu, trong đó 76% máy móc thuộc thập niên 50.
- 60, 50% là công nghệ tân trang
Hình 1.1 Một số hệ thống phân loại sản phẩm trong thực tế
Khi sản phẩm được sản xuất, chúng được tự động sắp xếp trên băng chuyền, nơi có các thiết bị phân loại nhận biết sản phẩm Sau khi được phân loại, sản phẩm sẽ được đẩy vào hộp trên các băng chuyền khác, trong khi các sản phẩm còn lại tiếp tục được chuyển đến thùng hàng thông qua hệ thống đếm tự động Hệ thống sẽ dừng lại để đóng gói khi đủ số lượng quy định Hoạt động này diễn ra liên tục cho đến khi có lệnh dừng, và công nhân chỉ cần lấy hộp để đưa vào kho Phân loại tự động mang lại năng suất và độ chính xác cao, giảm thiểu sức lao động, giúp doanh nghiệp cạnh tranh về giá cả và chất lượng Tuy nhiên, không phải doanh nghiệp vừa và nhỏ nào cũng có khả năng đầu tư vào hệ thống tự động hóa hoàn toàn từ nước ngoài Tùy thuộc vào độ phức tạp của sản phẩm, có thể áp dụng nhiều phương pháp phân loại khác nhau, trong đó một số phương pháp hiện nay được sử dụng rộng rãi trong đời sống.
• Phân loại sản phẩm theo kích thước
• Thước phân loại sản phẩm theo màu sắc
• Phân loại sản phẩm theo khối lượng
• Phân loại sản phẩm theo mã vạch
• Phân loại sản phẩm theo vật liệu
Có nhiều phương pháp phân loại sản phẩm khác nhau, dẫn đến sự xuất hiện của nhiều thuật toán và giải pháp đa dạng cho từng loại sản phẩm Những thuật toán này có thể tương tác và hỗ trợ lẫn nhau, tạo ra hiệu quả cao hơn trong quá trình phân loại.
Tùy thuộc vào mức độ phức tạp của yêu cầu phân loại, các hệ thống phân loại tự động có quy mô khác nhau, nhưng đều có chi phí cao, đặc biệt là tại Việt Nam Hiện nay, hầu hết các hệ thống này chỉ được áp dụng cho các yêu cầu phân loại phức tạp, trong khi nhiều doanh nghiệp Việt Nam vẫn phụ thuộc vào sức lao động con người Bên cạnh việc sử dụng băng chuyền để vận chuyển sản phẩm, một yêu cầu quan trọng là phải có hệ thống phân loại sản phẩm Hệ thống phân loại sử dụng cảm biến quang cho phép phân loại sản phẩm theo kích thước: sản phẩm được phân loại thấp nhất nếu chỉ qua cảm biến đầu tiên, và cao nhất nếu qua cả hai cảm biến cùng lúc.
Hình 1.2 Phân loại hàng hóa sử dụng cảm biến quang
Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng cảm biến phân loại màu đặt trên băng chuyền Khi sản phẩm di chuyển qua, cảm biến nhận diện màu sắc sẽ mở cửa phân loại tự động để sản phẩm được phân loại chính xác Quá trình phát hiện màu sắc dựa vào tỷ lệ phản chiếu của các màu chính như đỏ, xanh lá cây và xanh da trời, mà các màu khác phản xạ theo thuộc tính màu của chúng Công nghệ lọc phân cực đa lớp FAO (góc quang tự do) cho phép cảm biến E3MC phát ra ánh sáng đỏ, xanh lá cây và xanh lam trên một trục quang học đơn Cảm biến E3MC thu nhận ánh sáng phản chiếu từ các đối tượng và xử lý tỷ lệ các màu để phân biệt màu sắc của vật cần nhận diện.
Hình 1.3 Hệ thống phân loại cam sau thu hoạch bằng cảm biến màu
Sản phẩm sử dụng webcam được phân loại dựa trên quá trình chụp ảnh sản phẩm khi di chuyển qua camera Hệ thống sẽ so sánh ảnh chụp với ảnh gốc; nếu hai bức ảnh giống nhau, sản phẩm sẽ được cho qua, ngược lại, nếu không khớp, sản phẩm sẽ bị loại bỏ.
Hình 1.4 Hệ thống phân loại sản phẩm bằng camera
Nhóm chúng em sẽ xây dựng một mô hình băng tải nhỏ gọn, có chức năng tương tự như trong thực tế Mô hình này sẽ được thiết kế để vận chuyển và phân loại sản phẩm dựa trên kích thước và màu sắc đã được xác định trước.
Mục tiêu của đề tài
Trong nghiên cứu đề tài này, em mong muốn áp dụng các sản phẩm công nghệ khoa học tiên tiến vào quy trình sản xuất tự động nhằm nâng cao năng suất và chất lượng, đồng thời giảm thiểu số lượng lao động trong ngành công nghiệp Bên cạnh đó, đây cũng sẽ là mô hình tham khảo hữu ích cho các sinh viên khóa sau để nghiên cứu và phát triển thêm.
Đồ án cuối cùng trong chương trình học tập là cơ hội để củng cố kiến thức lý thuyết đã được nghiên cứu tại trường Qua đó, sinh viên có thể chứng minh khả năng và năng lực của bản thân, từ đó trở thành những kỹ sư giỏi, đóng góp tích cực cho nền công nghiệp và xã hội Việt Nam.
Nghiên cứu hệ thống phân loại sản phẩm nhằm phát triển khả năng phân loại theo yêu cầu và xử lý các tình huống phát sinh trong quá trình hoạt động Mục tiêu là xây dựng một hệ thống linh hoạt và ổn định, phù hợp với cả môi trường thí nghiệm và thực tế.
Phân tích và điều khiển hệ thống xy lanh khí nén bao gồm 3 xy lanh, có chức năng phân loại phôi theo màu sắc và chiều cao Sử dụng lập trình Arduino cho cảm biến màu sắc giúp nhận diện phôi dựa trên màu sắc, trong khi lập trình PLC được áp dụng để giao tiếp hiệu quả giữa các xilanh và cảm biến phân loại chiều cao sản phẩm.
- Nâng cao kỹ năng lập trình vi điều khiển và PLC, phát triển khả năng tư duy cho bản thân trong quá trình nghiên cứu đề tài.
Phương pháp nghiên cứu
Nhóm đề tài đã xác định phương pháp nghiên cứu dựa trên mục tiêu đã đề ra, kết hợp với kiến thức đã học và thông tin tham khảo từ các nguồn tài liệu.
Tham khảo các hệ thống thực tế có trên thị trường và giá thành của chúng
Nghiên cứu tài liệu liên quan đến hệ thống phân loại sản phẩm, hệ thống tự động thủy khí, cảm biến đo lường, mô hình hóa và mô phỏng, cùng với lý thuyết điều khiển là rất quan trọng Những lĩnh vực này đóng vai trò then chốt trong việc phát triển công nghệ và cải thiện hiệu suất hệ thống Việc hiểu rõ các khái niệm và ứng dụng của chúng sẽ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.
Tìm hiểu các phần mềm hỗ trợ Solidwork, AutoCAD, Festo Fluidsim, STEP7,…
Tìm hiểu phương pháp xây dựng hệ thống điều khiển và chương trình điều khiển
Mô hình hóa và tính toán thiết kế mô hình cơ khí là quá trình quan trọng nhằm đảm bảo độ chính xác và độ bền cần thiết cho hệ thống, đáp ứng hiệu quả nhu cầu sử dụng của hệ thống.
Sử dụng phần mềm Solidworks phục vụ thiết kế các bộ phận cơ khí của hệ thống
Sử dụng phần mềm STEP7 thiết lập chương trình điều khiển phân loại
Sử dụng phần mềm Festo Fluidsim mô phỏng hệ thống điều khiển khí nén và điện khí nén
- Nghiên cứu chế tạo, tích hợp hệ thống:
Dựa trên số liệu tính toán, lựa chọn thiết bị điều khiển và cơ cấu chấp hành của hệ thống như: Động cơ điện 1 chiều, xylanh, cảm biến, …
Chế tạo module cơ khí đặc biệt của hệ thống, lắp ghép các cơ cấu cơ khí
Kết hợp cơ cấu chấp hành với hệ thống điều khiển thành một hệ thống hoàn chỉnh sơ bộ
Vận hành và chạy thử hệ thống là bước quan trọng để đánh giá giới hạn các chỉ số cơ khí, điện điều khiển, sức bền của các chi tiết và công suất làm việc của hệ thống.
Đưa ra các cải tiến hoặc thay thế cho hệ thống hoàn thiện đúng mục tiêu đề ra.
Giới hạn và phạm vị nghiên cứu
Hệ thống phân loại sản phẩm đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu với nhiều phương pháp khác nhau như phân loại theo màu sắc, chiều cao và vật liệu Hiện nay, trên toàn thế giới, các hệ thống này ngày càng phong phú và hoàn thiện, không chỉ về tính năng mà còn về mặt thẩm mỹ.
Đề tài đồ án tập trung vào việc phân loại sản phẩm có khối lượng nhỏ, vì vậy băng tải PVC là lựa chọn lý tưởng cho ngành công nghiệp nhẹ Băng tải PVC có cấu trúc đơn giản với khung thép, dây đai PVC và động cơ Quy trình bắt đầu bằng việc cấp phôi vào băng tải để chuẩn bị cho việc phân loại Để phân loại sản phẩm theo màu sắc và vật liệu, cũng như đếm số lượng, cần sử dụng các loại cảm biến màu, cảm biến khoảng cách và cảm biến tiệm cận để phát hiện, phân loại và đếm sản phẩm hiệu quả.
Do tính chất của đề tài nghiên cứu, có nhiều hạn chế về kiến thức, thời gian và kinh phí, nên đề tài này sẽ được giới hạn với các tính năng cụ thể.
Kích thước mô hình (Dài x Rộng x Cao): 800 x 500 x 500 (mm)
Hệ thống điều khiển: PLC, Arduino Uno
Cơ cấu đẩy sản phẩm: van điện từ để điều khiển xylanh piston
Động cơ truyền chuyển động: Động cơ DC
Hệ thống dẫn động: Băng chuyền PVC
Cảm biến: cảm biến màu sắc, cảm biến hồng ngoại
Điện áp 24V cho PLC và các thiết bị điện
Điện áp 5V cho Arduino và cảm biến màu sắc
Hình 1.5 Một số mô hình phân loại sản phẩm
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Tổng quan về hệ thống
Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng cảm biến để xác định chiều cao, màu sắc và chất liệu của sản phẩm Sau đó, hệ thống sử dụng xylanh để phân loại các sản phẩm có chiều cao khác nhau một cách hiệu quả.
Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết:
- Chuyển động của băng chuyền Để truyền chuyển động quay cho trục của băng chuyền ta dùng động cơ điện một chiều được điều khiển bởi biến áp
- Chuyển động tịnh tiến của xylanh để phân loại sản phẩm có chiều cao khác nhau Chuyển động của xylanh được điều khiển bởi hệ thống khí nén
Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:
Giảm sức lao động và tránh nhàm chán trong công việc giúp cải thiện điều kiện làm việc cho con người, đồng thời tạo cơ hội tiếp cận với tiến bộ khoa học kỹ thuật Điều này góp phần xây dựng một môi trường làm việc ngày càng văn minh và hiện đại.
- Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng
Việc quản lý và giám sát trở nên dễ dàng hơn, không chỉ nhờ vào việc cải thiện điều kiện làm việc của công nhân mà còn giúp giảm thiểu số lượng công nhân một cách tối đa.
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
Trong lĩnh vực cơ khí, việc phân tích và lựa chọn vật liệu cùng với các thông số kỹ thuật cho các chi tiết là rất quan trọng để đáp ứng yêu cầu của đề tài Cụ thể, cần sử dụng biến áp để điều khiển động cơ và hệ thống xi lanh khí nén, đảm bảo tính bền bỉ, thẩm mỹ cao, đồng thời dễ dàng trong quá trình lắp đặt và sửa chữa.
- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng
Hình 2.1 Dây chuyền phân loại thực tế
Hình 2.2 Dây chuyền phân loại thực tế và đóng gói
2.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 2.3 Sơ đồ khối của hệ thống
Khối nguồn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho toàn bộ hệ thống, bao gồm khối đầu vào, khối xử lý trung tâm, khối điều khiển và khối đầu ra.
Khối đầu vào có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu từ các cảm biến và nút nhấn, sau đó truyền các tín hiệu này đến khối xử lý trung tâm để tiến hành phân tích.
Khối xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ khối đầu vào, thực hiện phân tích và xử lý dữ liệu, sau đó chuyển tín hiệu đến khối điều khiển theo chương trình điều khiển đã được thiết lập.
Khối điều khiển nhận tín hiệu từ khối xử lý trung tâm và thực hiện chức năng điều khiển các thiết bị đầu ra trong hệ thống.
Khối đầu ra: bao gồm các phần tử chấp hành Tiếp nhận tín hiệu từ khối điều khiên và thực hiện theo các tín hiệu từ khối điều khiển
2.1.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao và màu sắc hoạt động dựa trên một cảm biến màu sắc, năm cảm hồng ngoại để phát hiện phôi và ba xy lanh hành trình ngắn Khi vận hành, hệ thống cần đảm bảo ở chế độ sẵn sàng và các cơ cấu chấp hành phải ở trạng thái ban đầu (Reset).
- Hệ thống được khởi động, sản phẩm được đưa vào băng tải, bắt đầu quy trình phân loại sản phẩm
Băng tải di chuyển sản phẩm đến cảm biến màu sắc, nơi hệ thống xử lý tín hiệu và đưa ra bài toán công nghệ Sau khi cảm biến màu hoàn tất, phôi được chuyển đến cảm biến hồng ngoại để xác định chiều cao Nếu phôi đỏ cao, cảm biến 3 kích hoạt xy lanh 1 đẩy phôi vào khay chứa 1 Nếu phôi xanh cao, cảm biến 4 sẽ kích hoạt xy lanh 2 đẩy phôi vào khay chứa 2 Trong trường hợp phôi đỏ thấp, cảm biến 3 sẽ kích hoạt xy lanh 3 đẩy phôi vào khay chứa 3 Cuối cùng, phôi xanh thấp sẽ được băng tải vận chuyển đến cuối hành trình.
Hệ thống điều khiển trung tâm sử dụng PLC của Siemens, đảm bảo sự điều khiển liên tục cho toàn bộ hệ thống Toàn bộ quá trình được giám sát, mô phỏng và điều khiển thông qua phần mềm WinCC trên máy tính.
Các bộ phận cơ cấu
- Băng tải: đưa phôi đến vị trí của các cảm biến,
- Xi lanh : đẩy các phôi vào khay chứa sản phẩm
- Tất cả các cơ cấu vận hành thông qua thông tin từ các cảm biến
- Bộ điều khiển sử dụng PLC.
Cơ cấu chấp hành, thiết bị hệ thống
Băng tải, hay băng chuyền, là thiết bị chuyển tải hiệu quả và tiết kiệm, được sử dụng rộng rãi trong việc vận chuyển hàng hóa và nguyên vật liệu qua các khoảng cách khác nhau Nói một cách đơn giản, băng tải là công cụ giúp di chuyển đồ vật từ vị trí này đến vị trí khác, từ điểm A đến điểm B.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Băng tải được cấu tạo từ một động cơ và bộ điều khiển tốc độ, cùng với con lăn truyền trục chuyển động Hệ thống khung đỡ con lăn và dây băng hoặc con lăn cũng là những thành phần quan trọng trong cấu trúc của băng tải.
Nguyên lý hoạt động của băng tải là động cơ được kết nối với một đầu của băng tải thông qua bộ truyền chuyển động hoặc gắn trực tiếp vào con lăn dẫn động Khi động cơ quay, nó truyền động cho con lăn dẫn động, và nhờ vào ma sát giữa bề mặt băng tải và con lăn, băng tải sẽ di chuyển theo chiều quay của con lăn.
Băng tải PVC là hệ thống băng chuyền hiệu quả nhất trong việc vận chuyển nguyên liệu, mang lại lợi ích kinh tế vượt trội so với các hệ thống tương tự Hệ thống băng tải cao su này có khả năng lắp đặt linh hoạt trên mọi địa hình.
Băng tải xích là thiết bị chủ yếu được sử dụng để vận chuyển hàng hóa nặng, đặc biệt phổ biến trong ngành công nghiệp ô tô Chúng thường được áp dụng để chuyển tải phụ tùng xe hơi qua các nhà máy sơn, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả công việc.
Băng tải con lăn là một hệ thống bao gồm các con lăn được lắp đặt trên giá dựng đứng, thường được sử dụng trong kho để vận chuyển hộp sản phẩm Hệ thống này tạo điều kiện thuận lợi cho việc đặt và dỡ hàng hóa, giúp tối ưu hóa quy trình lưu trữ và vận chuyển.
Hình 2.7 Băng tải con lăn Ưu nhược điểm
Một số các ưu nhược điểm của băng tải:
- Băng tải có cấu tạo đơn giản, bền trong vận hành
- Có khả năng vận chuyển phôi theo hướng nằm ngang, nằm nghiêng hay kết hợp cả hai
- Làm việc êm ái, tiêu hao năng suất nhỏ
- Khó sử dụng khi nghiêng hoặc giảm kém hiệu quả khi quá khối lượng cho phép
Sau khi phân tích các loại băng tải cùng với ưu nhược điểm của chúng, nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn băng tải sử dụng dây đai PVC cho phần truyền động của hệ thống Quyết định này nhằm tối ưu hóa chi phí và mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.
Hệ thống khí nén được ứng dụng phổ biến trong ngành công nghiệp lắp ráp và chế biến, đặc biệt trong các lĩnh vực yêu cầu tiêu chuẩn vệ sinh cao, khả năng chống cháy nổ hoặc hoạt động trong môi trường độc hại.
Lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, và các quy trình phân loại, đóng gói sản phẩm trong dây chuyền sản xuất tự động đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp Ngoài ra, công nghiệp gia công cơ khí và khai thác khoáng sản cũng góp phần không nhỏ vào sự phát triển kinh tế.
Hình 2.8 Truyền động khí nén Các dạng truyền động sử dụng khí nén:
Truyền động thẳng là một trong những ưu điểm nổi bật của hệ thống khí nén, nhờ vào cấu trúc đơn giản và tính linh hoạt của cơ cấu chấp hành Hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị gá kẹp chi tiết trong quá trình gia công, cũng như trong các thiết bị đột dập, phân loại và đóng gói sản phẩm.
Truyền động quay là giải pháp lý tưởng cho những trường hợp yêu cầu tốc độ truyền động cao mà công suất không lớn, mang lại sự gọn nhẹ và tiện lợi hơn so với các dạng truyền động sử dụng năng lượng khác.
Cấu trúc hệ thống điều khiển bằng khí nén
Hệ thống khí nén thường bao gồm các khối thiết bị:
- Trạm nguồn gồm: Máy nén khí, bình tích áp, các thiết bị an toàn, các thiết bị xử lý khí nén( lọc bụi, lọc hơi nước, sấy khô…)
- Khối điều khiển gồm: các phần tử xử lý tín hiệu điều khiển và các phần tử điều khiển đảo chiều cơ cấu chấp hành
- Khối các thiết bị chấp hành: Xylanh, động cơ khí nén, giác hút, van bướm điều khiển khí nén, van bi điều khiển khí nén …
Hệ thống khí nén được phân chia thành hai loại dựa trên dạng năng lượng của tín hiệu điều khiển Một loại là hệ thống điều khiển hoàn toàn bằng khí nén, trong đó tín hiệu điều khiển được truyền tải qua khí nén, dẫn đến việc các phần tử xử lý và điều khiển cũng hoạt động dựa vào khí nén.
Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển bằng khí nén Đặc điểm của hệ thống điều khiển bằng khí nén Ưu điểm:
Không khí có khả năng chịu nén, cho phép nén và lưu trữ trong bình chứa với áp suất cao, biến nó thành một nguồn năng lượng hiệu quả Trong thực tế, các trạm nguồn khí nén thường được xây dựng để phục vụ nhiều mục đích khác nhau, bao gồm làm sạch và truyền động cho các máy móc.
- Có khả năng truyền tải đi xa bằng hệ thống đường ống với tổn thất nhỏ
- Khí nén sau khi sinh công cơ học có thể thải ra ngoài mà không gây tổn hại cho môi trường
- Tốc độ truyền động cao, linh hoạt
- Dễ điều khiển với độ tin cậy và chính xác
- Có giải pháp và thiết bị phòng ngừa quá tải, quá áp suất hiệu quả
Công suất truyền động khí nén thường không lớn, và khi yêu cầu công suất cao, chi phí cho hệ thống truyền động khí nén có thể cao hơn từ 10-15 lần so với truyền động điện cùng công suất Tuy nhiên, kích thước và trọng lượng của hệ thống truyền động khí nén chỉ chiếm khoảng 30% so với hệ thống truyền động điện.
Khi tải trọng thay đổi, vận tốc truyền động có xu hướng thay đổi do tính đàn hồi cao của khí nén Điều này khiến việc duy trì chuyển động thẳng đều hoặc quay đều trở nên khó khăn.
- Dòng khí nén được giải phóng ra môi trường có thể gây tiếng ồn
Phương pháp nhận diện màu sắc
Cảm biến màu là thiết bị dùng để nhận diện màu sắc của ánh sáng, hoạt động dựa trên nguyên lý chung với cấu tạo gồm các photodiode để thu nhận ánh sáng Mỗi tế bào của cảm biến được phủ một tấm lọc màu riêng, như tấm lọc xanh chỉ cho phép tia sáng xanh đi qua, trong khi tấm lọc đỏ chỉ cho phép tia màu đỏ Để nhận dạng màu sắc, cảm biến sử dụng bộ chuyển đổi từ tín hiệu quang sang tín hiệu điện hoặc tần số.
Cảm biến màu đóng vai trò quan trọng trong nhiều thiết bị như camera, màn hình màu và các dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc Chúng được sử dụng để phân loại và kiểm tra LED, điều khiển quá trình máy dán nhãn và máy in, đặc biệt là trong việc chế tạo các thiết bị đo màu.
Cảm biến màu RGB là thiết bị đo màu phổ biến, sử dụng các tấm lọc màu đỏ, xanh lá và xanh dương để nhận diện ba ánh sáng cơ bản này từ chùm ánh sáng chiếu vào.
Hình 2.15 Cảm biến màu TCS3200
Module cảm biến màu TCS3200 là thiết bị phát hiện màu sắc hoàn chỉnh, bao gồm cảm biến TCS3200 có khả năng nhận biết 3 màu cơ bản RGB và 4 đèn LED màu trắng TCS3200 có khả năng phát hiện và đo lường hầu hết các màu sắc có thể nhìn thấy Các bộ lọc màu bên trong được phân bố đồng đều để giảm thiểu sai lệch vị trí giữa các điểm màu Bên trong module, một bộ dao động tạo ra sóng vuông ở đầu ra tương ứng với cường độ màu sắc.
Hình 2.16 Sơ đồ khối chức năng
Khối đầu tiên là mảng ma trận 8×8 gồm các photodiode Photodiode đơn giản là một linh kiện bán dẫn chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện
16 photodiode có thể lọc màu đỏ (red)
16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (green)
16 photodiode có thể lọc màu xanh dương (blue)
16 photodiode trắng không lọc (clear)
Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau, và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu
Bốn loại photodiode hoạt động như các bộ lọc ánh sáng với màu sắc riêng biệt, cho phép chỉ tiếp nhận ánh sáng có màu tương ứng, trong khi từ chối các ánh sáng có màu sắc khác.
Hình 2.17 Nguyên lý của cảm biến màu TCS3200
Bộ chuyển đổi dòng điện sang tần số trong cảm biến màu TCS3200 chuyển đổi giá trị đọc từ photodiode thành sóng vuông, với tần số tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng phản xạ từ bề mặt vật thể Vi điều khiển được sử dụng để đọc sóng vuông đầu ra, từ đó xác định màu sắc Tần số đầu ra của TCS3200 dao động trong khoảng 2Hz đến 500kHz, với dạng xung vuông có tần số khác nhau tùy thuộc vào màu sắc và cường độ sáng của vật thể.
Ta có thể lựa chọn tỉ lệ tần số đầu ra ở các mức khác nhau cho phù hợp với phần cứng đo tần số
Các thông số kỹ thuật cơ bản của cảm biến màu TCS3200:
- Chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao
- Có 3 đầu ra thể hiện tần số xung tương ứng 3 màu: đỏ, xanh dương, xanh lá (RGB)
Chức năng trong hệ thống:
Ánh sáng phản xạ giúp chúng ta nhận diện màu sắc của vật thể, dựa vào ba màu cơ bản: đỏ, xanh lá và xanh dương.
- Đưa tần số lọc màu vào Arduino Ưu nhược điểm của cảm biến màu TCS3200:
Chi phí rẻ, dễ sử dụng với các loại vi điều khiển, vi xử lý
Độ chính xác tương đối, phù hợp để làm những mô hình nhỏ
Có thể bị nhiễu do tác động của ánh sáng bên ngoài nên cần có màng chắn ngoài.
Phương pháp nhận diện chiều cao
Cảm biến hồng ngoại (IR Sensor) là thiết bị điện tử dùng để đo và phát hiện bức xạ hồng ngoại trong môi trường Bức xạ này được phát hiện lần đầu bởi nhà thiên văn học William Herchel vào năm 1800 khi ông đo nhiệt độ của các màu ánh sáng khác nhau qua lăng kính và nhận thấy nhiệt độ cao nhất nằm ngoài ánh sáng đỏ IR Sensor không thể nhìn thấy bằng mắt thường do bước sóng của nó dài hơn ánh sáng khả kiến, nhưng vẫn thuộc cùng một phổ điện từ Tất cả các vật thể có nhiệt độ trên năm độ Kelvin đều phát ra bức xạ hồng ngoại.
Cảm biến hồng ngoại được chia thành hai loại: chủ động và thụ động Cảm biến hồng ngoại chủ động bao gồm diode phát sáng (LED) và máy thu, hoạt động bằng cách phát ra bức xạ hồng ngoại và phát hiện phản xạ từ các vật thể gần đó Khi một vật thể tiếp cận, ánh sáng hồng ngoại từ LED sẽ phản xạ và được máy thu nhận diện Loại cảm biến này thường được sử dụng trong các hệ thống phát hiện chướng ngại vật, đặc biệt trong các ứng dụng robot.
Hình 2.18 Cảm biến hồng ngoại
Sử dụng đèn LED phát ra ánh sáng cùng bước sóng với cảm biến giúp đo cường độ ánh sáng nhận được Khi vật thể gần cảm biến, ánh sáng từ đèn LED phản xạ từ vật thể và vào cảm biến, tạo ra sự gia tăng đáng kể về cường độ Sự thay đổi này có thể được phát hiện thông qua một ngưỡng đã xác định.
Cảm biến hoạt động dựa trên việc tìm kiếm ánh sáng phản xạ, cho phép trả về giá trị ánh sáng của vật thể Loại cảm biến này rất hữu ích trong việc đo độ sáng của vật thể và có thể được áp dụng trong các nhiệm vụ như theo dõi dòng.
Cảm biến hồng ngoại hoạt động để phát hiện các phôi có độ cao khác nhau bằng cách được lắp đặt ở các độ cao cụ thể, như 30mm và 80mm Cảm biến đặt ở độ cao 25mm sẽ phát hiện phôi cao 30mm, trong khi phôi cao 80mm sẽ được phát hiện bởi ba cảm biến ở độ cao 25mm và 75mm.
Trong công nghiệp với những yêu cầu cao và chuẩn xác hơn thì có 2 loại cảm biến được sử dụng chính :
Cảm biến tiệm cận từ: Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ và chỉ phát hiện được vật kim loại
Cảm biến tiệm cận điện dung: Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện, có thể phát hiện được nhiều vật liệu khác nhau
Cảm biến tiệm cận từ được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp nhờ khả năng phát hiện các vật kim loại, ít bị ảnh hưởng bởi tác động bên ngoài và có giá thành thấp hơn so với cảm biến điện dung.
Nhóm em đã quyết định sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 để phân loại chiều cao sản phẩm trong hệ thống của mình, nhằm đáp ứng các yêu cầu đã đề ra.
Hình 2.20 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4
Các thông số kĩ thuật cơ bản:
Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 dây tín hiệu)
Chân tín hiệu ngõ ra của transistor NPN sử dụng cấu trúc cực thu hở (Open Collector) cần được kết nối với một trở kéo có giá trị từ 1K đến 10K đến nguồn dương VCC để tạo ra tín hiệu mức cao (High).
Nguồn điện cung cấp: 6 ~ 36VDC
Khoảng điều chỉnh cảm biến: 5~30cm (điều chỉnh bằng biến trở trên cảm biến)
Khoảng cách phát hiện vật cản: 0~30cm
Góc khuếch tán (góc chiếu): 3~5 độ
Dòng kích ngõ ra: < 300mA
Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ
Chất liệu sản phẩm: vỏ ngoài nhựa ABS, phía trong đổ keo chống nước, chống va đập
- Chức năng trong hệ thống:
+ Sử dụng tính chất phản xạ ánh sáng để nhận biết vị trí của vật
+ Nhận biết chiều cao và vị trí của phôi trên băng tải và gửi tín hiệu vào input PLC
- Ưu nhược điểm của module cảm biến hồng ngoại:
Chi phí rẻ, dễ sử dụng với các loại vi điều khiển, vi xử lý và board PLC
Độ chính xác tương đối, có thể điều chỉnh độ nhạy bằng biến trở
Thiết kế nhỏ gọn, phù hợp để làm những mô hình nhỏ.
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ MÔ HÌNH HỆ THỐNG
Thiết kế hệ thống cơ khí
- Hệ thống cơ khí chính:
Hệ thống vận chuyển phôi đảm bảo việc đưa các loại phôi đến vị trí đọc màu và xi lanh đẩy một cách hiệu quả Sử dụng bộ truyền đai kết hợp với rulo, hệ thống này giúp băng tải không bị trượt và tăng cường độ bám dính với dây đai, nâng cao hiệu suất vận chuyển.
+ Hệ thống đẩy phôi: đưa các loại phôi vào các máng sau khi đã phân loại xong Sử dụng xi lanh khí nén với van điện từ
- Xác định yêu cầu kĩ thuật
- Xác định nguyên lý hoạt động và chế độ làm việc
Lập sơ đồ hoạt động tổng thể cho toàn bộ máy, xác định các loại và cụm chi tiết tương ứng với sơ đồ này, đồng thời thiết kế mô phỏng sơ bộ cho các cụm chi tiết đã chọn.
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho hệ thống truyền động, cần tính toán công suất cần thiết và lựa chọn động cơ phù hợp Bên cạnh đó, việc chọn các phần tử chấp hành, như xy lanh khí nén, cũng rất quan trọng để hệ thống hoạt động hiệu quả.
- Dựa theo các tiêu chuẩn về lắp ráp, lần cuối xác định kích thước các chi tiết, bộ phận máy
- Tính toán động học, mô phỏng hệ thống, khả năng đáp ứng của hệ thống Chỉnh sửa, hiệu chỉnh lại thiết kế
Hệ thống phân loại gồm có 4 loại phôi:
Sử dụng phần mềm Solidwork làm phần mềm thiết kế chính cho hệ thống
Thiết kế khung băng tải
Băng tải là thành phần thiết yếu trong mọi hệ thống phân loại sản phẩm, đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển vật liệu hoặc phôi theo cả phương ngang và phương nghiêng Với khả năng chịu toàn bộ trọng lượng của các thiết bị điện và cơ cấu cơ khí, băng tải góp phần không nhỏ vào hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Mô hình băng tải mini sở hữu đặc tính bền bỉ, vững chắc và khả năng chịu tải tốt, chủ yếu nhờ vào vật liệu nhôm định hình Nhôm định hình là vật liệu phổ biến trong nhiều dự án nhờ vào độ chính xác về kích thước, thiết kế gọn nhẹ và khả năng dễ dàng ghép nối với các cơ cấu khác Do đó, nhóm em đã chọn nhôm định hình làm vật liệu chính để chế tạo thân băng tải phân loại.
Bộ phận này là phần chịu lực chính của mô hình, yêu cầu phải đảm bảo độ bền và sự vững chắc trong suốt quá trình hoạt động Để nâng cao khả năng chống đỡ, thiết kế đã được bổ sung thêm gân trợ lực.
Sử dụng nhựa in 3D do bền cứng, chi phí rẻ, thuận tiện cho việc gia công chế tạo, linh hoạt thay đổi công nghệ
Hình 3.6 Chân băng tải và gá động cơ
Rulo băng tải là một thành phần quan trọng trong hệ thống băng tải, đóng vai trò kéo và duy trì sự thăng bằng cũng như ổn định trong quá trình hoạt động.
Các loại Rulo thường gặp như:
Rulo thép là loại rulo được chế tạo từ thép, thường được kết hợp với các hệ thống băng tải thép và con lăn thép Loại rulo này được sử dụng cùng với băng tải cao su để có khả năng chịu tải trọng và sức kéo lớn, đảm bảo hiệu suất vận chuyển tối ưu trong các ứng dụng công nghiệp.
Rulo bọc cao su là loại rulo có lõi thép được bọc một lớp cao su bên ngoài, giúp tăng cường độ ma sát với băng tải, từ đó tạo ra sức kéo lớn hơn trong quá trình vận chuyển hàng hóa.
Hình 3.8 Rulo bọc cao su
Rulo nhựa là loại rulo được chế tạo từ thép và được bọc ngoài bằng nhựa, giúp giảm chi phí sản xuất Mặc dù tải trọng của rulo nhựa không bằng rulo bọc cao su, nhưng việc lựa chọn loại rulo phù hợp còn phụ thuộc vào yêu cầu và mục đích sử dụng cụ thể.
Khi chọn rulo cho băng tải, rulo bằng nhựa là lựa chọn phù hợp cho mô hình có điều kiện làm việc bình thường và độ dài không quá lớn Ngoài ra, việc sử dụng rulo quay bị động với ổ lăn sẽ giúp đảm bảo tính truyền động của băng tải, ngăn chặn hiện tượng trượt trong quá trình vận chuyển.
Dây đai băng tải là giải pháp lý tưởng cho việc vận chuyển các vật liệu có mật độ tách rời cao, chịu mài mòn và lực xung kích lớn Sản phẩm này đặc biệt phù hợp với môi trường làm việc ổn định, có độ nghiêng thấp hoặc tải thẳng.
Dây đai cao su đen là loại dây phổ biến nhất trên thị trường nhờ vào sự đa dạng về mẫu mã và tính năng Với chất liệu bền bỉ, giá thành hợp lý và độ dẻo cao, sản phẩm này đáp ứng tốt mọi nhu cầu sử dụng Dây đai cao su đen thường được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy lúa gạo, xi măng và trong lĩnh vực kinh doanh vận chuyển.
Hình 3.11 Dây băng tải đen
Dây đai PVC là loại băng tải được sản xuất từ chất liệu nhựa dẻo tổng hợp Poly Vinyl Clorua, nổi bật với tính đàn hồi cao Loại băng tải này thường được sử dụng trong các ngành sản xuất và lắp ráp linh kiện điện tử, ô tô, xe máy, xe đạp điện, cũng như trong các nhà máy chế biến cám và gỗ.
Hình 3.12 Dây băng tải PVC
Dây đai lưới được cấu tạo từ các sợi inox đan xen thành ô vuông, kết hợp với sắt tròn inox bên ngoài, giúp gắn vào xích tải với các bánh xe, tạo điều kiện cho dây băng tải lưới chuyển động Mặc dù có giá thành cao, sản phẩm này được ưa chuộng trong ngành công nghiệp tải nhẹ và có khả năng chịu nhiệt độ cao.
Hình 3.13 Dây băng tải lưới
Thiết kế hệ thống điều khiển
3.2.1 Các thiết bị điện trong hệ thống
PLC, viết tắt của "Programmable Logic Controller", là thiết bị điều khiển được trang bị các chức năng như logic, tạo xung, đếm thời gian và tính toán, cho phép điều khiển nhiều loại máy móc Theo hiệp hội quốc gia về sản xuất điện Hoa Kỳ, các chức năng này được lưu trữ trong bộ nhớ và sắp xếp theo chương trình Nói một cách ngắn gọn, PLC là máy tính công nghiệp dùng để thực hiện một chuỗi quá trình.
PLC được sử dụng để điều khiển dây chuyền và thiết bị công nghiệp riêng lẻ như rơ-le, timer, contactor, hoặc kết hợp chúng thành một hệ thống điện điều khiển Hệ thống này được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu công nghệ cụ thể.
Hình 3.22 Cấu trúc bộ điều khiển PLC
Những ưu việt khi sử dụng bộ điều khiển PLC:
- Là bộ điều khiển số nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán điều khiển
- Có khả năng mở rộng các module vào ra khi cần thiết
- Ngôn ngữ lập trình dễ hiểu thích hợp với nhiều đối tượng lập trình
- Có khả năng chống nhiễu với độ tin cậy cao và có rất nhiều ưu điểm khác
Khả năng truyền thông cho phép trao đổi thông tin giữa các thiết bị như máy tính, PLC và các thiết bị giám sát, điều khiển trong môi trường xung quanh.
Hiện nay, nhiều hãng PLC nổi tiếng như Omron, Mitsubishi, Hitachi, ABB và Siemens đang phát triển mạnh mẽ Mặc dù tất cả đều dựa trên nguyên lý cơ bản giống nhau, nhưng mỗi hãng lại có những điểm khác biệt phù hợp với từng ngành công nghiệp cụ thể.
Trạng thái ngõ vào của PLC được phát hiện và lưu vào bộ nhớ đệm, trong đó bộ nhớ của PLC bao gồm các thành phần như ROM, EPROM và EEPROM Các lệnh logic được thực hiện dựa trên các trạng thái này, và thông qua chương trình trạng thái, ngõ ra được cập nhật và lưu vào bộ nhớ đệm Trạng thái ngõ ra trong bộ nhớ đệm sẽ được sử dụng để đóng/mở các tiếp điểm, kích hoạt các thiết bị tương ứng Nhờ vậy, tất cả hoạt động của các thiết bị được điều khiển hoàn toàn tự động theo chương trình đã được nạp vào bộ nhớ thông qua các thiết bị lập trình chuyên dụng.
Hiện nay, PLC phổ biến nhất tại Việt Nam thuộc về hai hãng Siemens và Mitsubishi Sau khi nghiên cứu thông tin trên internet về hai hãng này cùng với các loại PLC hiện có trên thị trường, nhóm chúng tôi đã quyết định chọn PLC S7-200 CPU 222 DC/DC/DC của Siemens, với các thông số kỹ thuật và lý do cụ thể được trình bày dưới đây.
PLC S7-200 CPU 222 6ES7212-1AB23-0XB0
Hình 3.23 PLC S7-200 CPU 222 6ES7212-1AB23-0XB
Các thông số kĩ thuật cơ bản:
- Tốc độ truyền: 9600 (với máy tính ) và 38400 (với các thiết bị khác)
- Hàm PID với tính năng tự động xác định thông số điều khiển (auto-tune funtionality)
- Sử dụng truyền thông RS232, RS485 để giao tiếp:
Kết nối với máy tính
Tích hợp sẵn 1 cổng MPI hỗ trợ truyền thông với các trạm plc S7-
300, S7-400… để tạo nên 1 hệ thống tự động hoá
Lí do chọn thiết bị:
Sự phát triển mạnh mẽ của bộ điều khiển PLC đã cách mạng hóa hệ thống chu trình điều khiển và thiết kế mạch điện Nhóm chúng tôi đã chọn sử dụng PLC S7 200 CPU 222 cho ứng dụng trong mô hình của mình nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó.
- Đủ số lượng đầu vào, đầu ra để điều khiển hệ thống (Có các cổng I/O để trống trong trường hợp cần nâng cấp hoặc thay đổi hệ thống)
- Chi phí phù hợp, không quá đắt để làm mô hình
- Tích hợp nhiều số lượng relay, timer, giảm đáng kể việc đấu nối thiết bị
- Công suất tiêu thụ của bộ điều khiển nhỏ
- Có khả năng phát hiện lỗi của hệ điều khiển nhanh chóng
- Số lượng cái tiếp điểm trong chương trình là không giới hạn
- Đáp ứng nhanh và hiệu quả nhờ chu kỳ quét của chương trình chỉ mất vài ms
- Có thể dễ dàng kết nối với các thiết bị ngoại vi khác: máy tính, mạng internet, module mở rộng
- Có thể sử dụng các loại code khác nhau như: ladder, SFC, FBD,… Chức năng trong hệ thống:
- Nhận tín hiệu từ các cảm biến tiệm cận
- Giao tiếp với Arduino thông qua GPIO để nhận biết màu
- Điều khiển động cơ băng tải và các xylanh
- Module mở rộng EM223DC-Relay 222-1HF22-0XA0
Hình 3.24 Module ngõ ra EM223DC-Relay 222-1HF22-0XA0
- Chức năng trong hệ thống: Thêm ngõ vào ra cho PLC S7-200
Giới thiệu chung vi xử lý:
Vi điều khiển là một máy tính tích hợp trên một chip, thường được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện tử Nó bao gồm một vi xử lý hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp, khác với các bộ vi xử lý đa năng trong máy tính Vi điều khiển kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các module vào/ra, và các module chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự và ngược lại Trong máy tính, các module này thường được xây dựng bằng các chip và mạch ngoài.
Hình 3.25 Vi điều khiển ATEMEGA 328P
Vi điều khiển là thành phần quan trọng trong việc xây dựng các hệ thống nhúng, thường xuất hiện trong nhiều thiết bị điện tử như máy giặt, lò vi sóng, điện thoại và thiết bị đa phương tiện Để hệ thống có thể đọc dữ liệu từ cảm biến và gửi lệnh điều khiển đến các cơ cấu chấp hành, cần có một vi điều khiển để xử lý thông tin Trong đồ án này, nhóm đã chọn kit điều khiển Arduino với vi điều khiển Atemega328P, giúp dễ dàng thực hiện các hoạt động theo yêu cầu của lập trình viên.
Arduino Uno R3 là một bo mạch vi điều khiển do Arduino.cc phát triển, thuộc nền tảng điện tử mã nguồn mở, chủ yếu sử dụng vi điều khiển AVR Atmega328P.
EEPROM 1 KB Đèn LED : Arduino Uno đi kèm với đèn LED tích hợp được kết nối thông qua chân 13 Cung cấp mức logic HIGH tương ứng ON và LOW tương ứng tắt
Vin là điện áp đầu vào cho board mạch Arduino, khác với 5V từ cổng USB Điện áp này được cung cấp qua jack nguồn, thường nằm trong khoảng 7-12VDC, để cung cấp năng lượng cho toàn bộ mạch.
5V : Chân 5V được sử dụng để cung cấp điện áp đầu ra Arduino được cấp nguồn bằng ba cách đó là USB, chân Vin của bo mạch hoặc giắc nguồn
USB : Hỗ trợ điện áp khoảng 5V trong khi Vin và Power Jack hỗ trợ dải điện áp trong khoảng từ 7V đến 20V
GND : Chân mass chung cho toàn mạch Arduino
Reset : Chân reset để thiết lập lại về ban đầu
IOREF : Chân này rất hữu ích để cung cấp tham chiếu điện áp cho Arduino
PWM : PWM được cung cấp bởi các chân 3,5,6,9,10, 11 Các chân này được cấu hình để cung cấp PWM đầu ra 8 bit
SPI : Chân này được gọi là giao diện ngoại vi nối tiếp Các chân 10 (SS),
11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) cung cấp liên lạc SPI với sự trợ giúp của thư viện SPI
AREF : Chân này được gọi là tham chiếu tương tự, được sử dụng để cung cấp điện áp tham chiếu cho các đầu vào tương tự
TWI : Chân Giao tiếp TWI được truy cập thông qua thư viện dây Chân A4 và A5 được sử dụng cho mục đích này
Serial Communication :Giao tiếp nối tiếp được thực hiện thông qua hai chân 0 (Rx) và 1 (Tx)
Rx : Chân này được sử dụng để nhận dữ liệu trong khi chân Tx được sử dụng để truyền dữ liệu
External Interrupts (Ngắt ngoài) : Chân 2 và 3 được sử dụng để cung cấp các ngắt ngoài
- Có các tính năng khả trình và tương tác giao tiếp với môi trường thực tiễn thông qua các loại cảm biến điện tử, đèn, động cơ,
Lý do chọn thiết bị:
Arduino là nền tảng mã nguồn mở lý tưởng cho các dự án điện tử, bao gồm bảng mạch lập trình vật lý (vi điều khiển) và phần mềm IDE trên máy tính Nền tảng này cho phép người dùng viết và tải mã lên bảng mạch, giúp dễ dàng thực hiện các ý tưởng sáng tạo.
Arduino IDE sử dụng phiên bản đơn giản của C++ và các thư viện sẵn có, giúp việc học lập trình trở nên dễ dàng hơn Hơn nữa, Arduino cung cấp một yếu tố hình thức tiêu chuẩn, biến các chức năng của bộ điều khiển vi mô thành một gói dễ tiếp cận cho người dùng.
Với các ưu điểm sau, nhóm em sử dụng Arduino Uno R3 để ứng dụng vào mô hình:
- Đủ số lượng đầu vào, đầu ra để điều khiển hệ thống (Có các cổng I/O để trống trong trường hợp cần nâng cấp hoặc thay đổi hệ thống)
- Chi phí rẻ, dễ dàng thay thế khi có hỏng hóc
- Công suất tiêu thụ của bộ điều khiển nhỏ
- Đáp ứng nhanh và hiệu quả nhờ chu kỳ quét của chương trình chỉ mất vài ms
- Có thể dễ dàng kết nối với các thiết bị ngoại vi khác: máy tính, mạng internet, module mở rộng
- Sử dụng nền tảng C/C++, dễ sử dụng với người dùng
Chức năng trong hệ thống:
- Nhận và phân tích tín hiệu trả về từ cảm biến màu sắc
- Gửi tín hiệu phân biệt màu sắc đến PLC thông qua relay trung gian
Module Relay 4 kênh 5V gồm 4 relay , điện áp hoạt động 5 v điều khiển đầu ra tối đa 220VAC/10A và 30VDC/10A Đầu vào IN1, IN2, IN3 IN4 nhận tín hiệu cực thấp
Module relay 4 kênh nhỏ được thiết kế gọn gàng và chuyên nghiệp, với khả năng chống nhiễu và cách điện tốt Sản phẩm đi kèm header tiện lợi cho việc kết nối với vi điều khiển, cùng với các lỗ bắt vít dễ dàng lắp đặt trong hệ thống mạch Bên trong module, mạch kích relay sử dụng IC cách ly quang và transistor, giúp cách ly hoàn toàn vi điều khiển với rơ le, đảm bảo hoạt động ổn định cho vi điều khiển.
Mạch điều khiển relay 4 kênh sử dụng chân kích mức Thấp (0V): khi có tín hiệu 0V vào chân IN thì relay sẽ nhảy qua thường Mở của Relay
Các thông số kĩ thuật cơ bản:
Kích thước: 76mm (chiều dài) * 56mm (chiều rộng) * 18.5mm (H)
4 lỗ để bắt vít cố định có đường kính 3.1mm, dễ dàng lắp đặt trong hệ thống mạch
Opto cách li, chống nhiễu tốt
Có đèn báo đóng ngắt trên Relay.
Sử dụng điện áp nuôi DC 5V.
Đầu ra điện thê đóng ngắt tối đa: DC 30V / 10A, AC 250V / 10A
IN1…IN4: tín hiệu đầu vào, hoạt động mức thấp
NO1…NO4: Công tắc thường mở
Chức năng trong hệ thống:
- Nhận tín hiệu từ cảm biến quang tiệm cận dựa theo vị trí của vật
- Sử dụng các tiếp điểm để đóng ngắt điện áp 24VDC đưa vào input PLC
Hình 3.28 Van điện từ KV140-4E
Các thông số kĩ thuật cơ bản:
- Áp suất hoạt động: 0,15-0,8 Mpa
- Loại van 5 cửa 2 vị trí
- Sử dụng cuộn coil để kích từ và có độ bền cao
Chức năng trong hệ thống:
- Kích hoạt xylanh với 2 trạng thái
Các thông số kĩ thuật cơ bản:
- Điện áp và dòng ra: 24V
- Kích thước: 200mm x 110mm x 50mm
- Có chiết áp để điều chỉnh
- Bảo vệ quá tải ngõ ra (tự động ngắt và reset)
Chức năng trong hệ thống:
- Làm nguồn cấp cho các thiết bị điện như: PLC, động cơ, xy lanh…
Các thông số kĩ thuật cơ bản:
- Điều chỉnh điện áp bằng biến trở
Chức năng trong hệ thống:
- Làm nguồn cấp cho động cơ băng tải
Hình 3.31 Aptomat Vanlock 2 pha BH-D6
Các thông số kĩ thuật cơ bản:
- Dòng cắt ngắn mạch: 6kA
Chức năng trong hệ thống:
- Đóng cắt vật lý nguồn điện 2 pha trong mạch lực
Các thông số kĩ thuật cơ bản:
Chức năng trong hệ thống:
- Làm nguồn cấp cho các linh kiện Arduino và cảm biến
Lập trình , mô phỏng PLC S7-200 với phần mềm STEP7 và WinCC
STEP 7 MicroWin là phần mềm lập trình PLC S7-200 của hãng Siemens Phần mềm còn cho phép kết nối giữa PLC và các module truyền thông EM241, module điều khiển vị trí EM253, màn hình TD200…
Hình 3.41 Phần mềm STEP7 MicroWin
Hình 3.42 Phần mềm WinCC Professional Cấu hình PLC trong STEP7
Khi lập trình PLC, bước đầu tiên là chọn loại PLC phù hợp với yêu cầu của hệ thống Mỗi loại PLC có các chức năng phụ khác nhau, vì vậy việc lựa chọn PLC theo nhu cầu cụ thể là rất quan trọng.
Hình 3.43 Chọn loại PLC sẽ sử dụng
Sau khi hoàn thành việc chọn PLC, bước tiếp theo là kết nối PLC với máy tính Phần mềm STEP7 đã tích hợp sẵn chức năng chọn cáp cho PLC Do cáp PLC theo tiêu chuẩn công nghiệp nên cần có driver riêng; việc lựa chọn đúng loại driver là điều cần thiết để đảm bảo kết nối thành công với PLC.
Hình 3.44 Chọn cáp kết nối PLC
Sau khi đã xong phần cấu hình với PLC, ta có thể tiến hành lập trình và nạp code vào PLC để mô phỏng và thực hiện chương trình.
