PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO màu sắc sử DỤNG PLC s7 1200

Nguyễn Quốc Nghĩa - PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG PLC S7-1200 ĐẠI HỌC ĐÀ NĂ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG PLC S7-1200 Người hướng dẫn : ThS Võ Khánh Thoại Sinh viên thực : Nguyễn Quốc Nghĩa Mã sinh viên : 1811505520234 Lớp : 18TDH2 Đà Nẵng, 06/2022 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ KĨ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐỀ TÀI: PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG PLC S7-1200 Người hướng dẫn : ThS Võ Khánh Thoại Sinh viên thực : Nguyễn Quốc Nghĩa Mã sinh viên : 1811505520234 Lớp : 18TDH2 Đà Nẵng, 06/2022 TÓM TẮT Tên đề tài: Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Quốc Nghĩa Mã sinh viên: 1811505520234 Lớp: 18TDH2 Tóm tắt nội dung trình bày bao gồm: ➢ Chương 1: Tổng Quan + Chương trình bày vấn đề dẫn nhập, lý chọn đề tài mục tiêu, nội dung nghiên cứu giới hạn bố cục đồ án ➢ Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết - Giới thiệu linh kiện + Tổng quan PLC S7-1200 + Giới thiệu chung Arduino Uno R3 + Hệ thống điều khiển khí nén + Cảm biến màu sắc TCS3200 + Cảm biến hồng ngoại E3F-DS30C1 + Một số linh kiện khác - Thiết bị sử dụng thiết kế hệ thống, chuẩn truyền thông, giao thức ➢ Chương 3: Thiết Kế Và Chọn Thiết Bị + Giới thiệu mơ hình hệ thống + Thiết kế sơ đồ khối hệ thống tính tốn thiết kế khối + Giải thích nguyên lý hệ thống ➢ Chương 4: Lập trình phần mềm hệ thống + Lưu đồ thuật toán chương trình + Phần mền lập trình + Kết đạt hướng phát triển LỜI NÓI ĐẦU Hiện xã hội ngày phát triển, nhu cầu đời sống người ngày nâng cao, để đáp ứng nhu cầu khách hàng mặt hàng nhà sản xuất tìm nhiều giải pháp Tự động hóa dây chuyền sản xuất phương án phổ biến nay, nhanh chóng, xác giảm bớt sức lao động Quá trình sản xuất tự động hóa suất cao, giảm chi phí, tăng khả cạnh tranh doanh nghiệp Trong q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa nước ta, ngày có nhiều thiết bị đại sử dụng để tự động điều khiển, giám sát trình chế biến, sản xuất, chế biến sản phẩm Điều dẫn đến việc hình thành hệ thống sản xuất linh hoạt, làm cho vận hành tự động máy công cụ CNC., Sản xuất hàng loạt vừa nhỏ dựa rô bốt công nghiệp Trong số đó, khâu quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa hệ thống phân loại sản phẩm Đồ án "Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200" sau nghiên cứu tìm hiểu đề tài giúp em củng cố thêm kiến thức học trường Chủ đề có nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực, ví dụ: vận chuyển sản phẩm, phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động này, chúng tơi giảm nhân công hạ giá thành sản phẩm Kiến thức tương đối rộng, tham khảo nhiều thông tin nhiều phần em chưa nắm vững Khi thực dự án tin học chắn tránh khỏi số nhược điểm hạn chế Rất mong hướng dẫn góp ý thầy cô bạn Xin chân thành cảm ơn thầy Võ Khánh Thoại tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt phần hướng dẫn đồ án tốt nghiệp truyền dạy cho em nhiều kiến thức Em xin chân thành cảm ơn! i LỜI CẢM ƠN Lời em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo mơn tận tình dạy dỗ cho em kiến thức năm đại học ,giúp em có sở lý thuyết vững vàng giúp đỡ em suốt trình học tập Em xin gửi lời tri ân biết ơn sâu sắc đến thầy Võ Khánh Thoại người tận tình hướng dẫn, bảo em suốt q trình làm khố luận Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành khoá luận tốt nghiệp Sinh viên thực Nguyễn Quốc Nghĩa ii CAM ĐOAN Đề tài em tự thực dựa vào số tài liệu khơng chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có gian lận hay chép nào, em xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án Sinh viên thực Nguyễn Quốc Nghĩa iii MỤC LỤC Nhận xét người hướng dẫn Nhận xét người phản biện Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu…………………………………………………………………………… i Lời cảm ơn…………………………………………………………………………….ii Lời cam đoan…………………………………………………………………………iii Mục lục………….……………………………………………………………………iv Danh sách bảng,hình vẽ…………………………….……………………………vii MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Giới hạn 1.5 Bố cục Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan hệ thống phân loại sản phẩm 2.2 Nguyên tắc phân loại sản phẩm .4 2.2.1 Phân loại theo kích thước 2.2.2 Phân loại theo màu sắc 2.2.3 Phân loại theo khối lượng 2.3 Tổng quan PLC PLC S7-1200 2.3.1 Tổng quan PLC 2.3.2 Giới thiệu PLC S7-1200 .8 2.4 Giới thiệu chung Arduino 13 2.4.1 Giới thiệu chung Arduino 13 iv 2.4.2 Giới thiệu chung Arduino Uno R3 14 2.5 Hệ thống điều khiển điện - khí nén 16 2.5.1 Những đặc điểm 16 2.5.2 Cấu trúc hệ thống khí nén 17 2.6 Giới thiệu cảm biến màu sắc TCS3200 18 2.6.1 Tổng quan 18 2.6.2 Đặc điểm 19 2.6.3 Nguyên lý hoạt động cảm biến mầu linh kiện điện tử TCS3200 .20 2.6.4 Arduino giao tiếp với cảm biến màu SẮC TCS3200 .21 2.7 Giới thiệu cảm biến vật cản hồng ngoại .22 2.7.1 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F- DS30C1 22 2.8 Một số linh kiện khác 23 2.8.1 Động DC băng tải 23 2.8.2 Nút nhấn 24 2.8.3 MCB .24 Chương THIẾT KẾ VÀ CHỌN THIẾT BỊ 26 3.1 Mơ hình hệ thống 26 3.1.1 Giới thiệu hệ thống 26 3.1.2 Chức toàn phần 26 3.2 Tính tốn thiết kế hệ thống 26 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống 26 3.2.2 Tính tốn thiết kế khối 27 3.3 Sơ đồ nguyên lý hệ thống 38 Chương LẬP TRÌNH PHẦN MỀM HỆ THỐNG 39 4.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình 39 4.1.1 Lưu đồ thuật tốn chương trình 39 4.1.2 Lưu đồ giải thuật cho khối nhận biết màu sắc 40 v 4.1.3 Bảng phân công đầu vào đầu 42 4.1.4 Giản đồ thời gian 42 4.2 Phần mềm lập trình 43 4.2.1 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển (Arduino Uno R3) 43 4.2.2 Phần mềm lâp trình cho PLC 45 4.3 Kết quả- nhận xét -đánh giá hướng phát triển 55 4.3.1 Kết 55 4.3.2 Nhận xét – đánh giá 55 4.3.3Hướng phát triển 55 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC vi DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1 Tổng quan PLC S7-1200 Hình 2.2 Bảng tín hiệu PLC S7-1200 .12 Hình 2.3 Các Module tín hiệu PLC S7-1200 12 Hình 2.4 Các Module truyền thông PLC S7-1200 13 Hình 2.5 Arduidno Uno R3 14 Hình 2.6 Cấu trúc hệ thống điều khiển khí nén 17 Hình 2.7 Hệ thống điện – khí nén 18 Hình 2.8 Cảm biến màu sắc TCS3200 thực tế .19 Hình 2.9 Cấu tạo cảm biến TCS 3200 20 Hình 2.10 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C1 22 Hình 2.11 Động DC giảm tốc 24V……………………………………………… 23 Hình 2.12 Nút nhấn……………………………………… .24 Hình 2.13 Nút dừng khẩn cấp……………………………………………………… 25 Hình 2.13 MCB…………………….……………………………………………… 25 Hình 3.1 Mơ hình chung hệ thống 26 Hình 3.2 Sơ đồ khối hệ thống 27 Hình 3.3 Sơ đồ kết nối cảm biến màu TCS 3200 28 Hình 3.4 Module Relay 5V 29 Hình 3.5 Sơ đồ chân Relay 5v 29 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối với Arduino TCS3200 30 Hình 3.7 Sơ đồ kết nối với PLC 31 Hình 3.8 Sơ đồ chân cảm biến hồng ngoại 31 Hình 3.9 Mạch giao tiếp cảm biến E3F-DS30C4 với PLC 32 Hình 3.10 Sơ đồ kết nối động với PLC 32 Hình 3.11 Cấu tạo xilanh khí nén 33 Hình 3.12 Xilanh khí nén MAL 16X1000 33 Hình 3.13 Van điện từ 34 Hình 3.14 Van điện từ 5/2 35 Hình 3.15 Sơ đồ kết nối van điện từ 5/2 với PLC 35 Hình 3.16 Rơ le trung gian 14 chân .35 Hình 3.17 PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC 36 Hình 3.18 Sơ đồ ngõ vào, nguồn hoạt động PLC S7-1200 CPU 1214C .36 vii Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 - Bước 4: Chọn loại CPU Hình 4.8 Chọn cấu hình PLC + Ở có nhiều loại PLC chọn PLC phù hợp với đề tài - Bước 5: Project Hình 4.9 Giao diện làm việc + Sau vào giao diện làm việc cài địa IP phù hợp cho PLC 46 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 - Bước 6: Viết chương trình cho PLC: >>Program Blocks >> Main [OB1] Hình 4.10 Giao diện viết chương trình b) Chương trình 47 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 48 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 49 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 50 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 51 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 52 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 c) Giao diện điều khiển Dưới giao diện điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc đỏ, vàng, xanh Khi ấn Start động bắt đầu hoạt động, vật qua cảm biến màu cảm biến cảm biến màu mơ hoạt.Sau vật cảm biến màu nhận biết màu Nếu sản phẩm màu đỏ sau di chuyển đến vị trí cảm biến sau khoảng thời gian xylanh tác động đẩy vật xuống hộp đồng thời đếm sản phẩm Nếu sản phẩm màu vàng sau di chuyển đến vị trí cảm biến sau khoảng thời gian xylanh tác động đẩy vật xuống hộp đồng thời đếm sản phẩm Nếu sản phẩm màu xanh vật chạy đến cuối băng tải đồng thời đếm sản phẩm đẩy vật xuống hộp đồng thời đếm sản phẩm Khi nhấn Reset reset lại thơng số đếm Khi ấn nút Stop hệ thống tạm dừng, ngắt điện động Hình 4.11 Giao diện điều khiển 53 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 4.3 Kết quả- nhận xét -đánh giá hướng phát triển 4.3.1 Kết Trong vòng tháng làm đồ án, em nghiên cứu đạt kết sau: - Nghiên cứu sâu Arduino UNO R3 - Nghiên cứu sâu dòng PLC đặc biệt dòng S7 - 1200 Nghiên cứu sử dụng cảm biến màu sắc TCS3200 giao tiếp với Arduino - Nghiên cứu số hệ thống phân loại cà chua, phân loại sản phẩm thực tế - Tìm hiểu biết sử dụng phần mềm phần mềm lập trình vi điều khiển IDE phần mềm lập trình PLC – TIA Portal Hình 4.12 Mơ hình thực tế 4.3.2 Nhận xét – đánh giá Các nội dung đạt so với yêu cầu đặt ra: - Trong 100 lần thử có 78 lần hệ thống xử lý yêu cầu Suy hiệu suất hệ thống nằm khoảng 78% ± 3% - Bộ phận đẩy vật đẩy đỏ vàng - Giao diện lý trực quan, dễ giám sát sử dụng thuận tiện việc giám sát điều khiển hệ thống - Mơ hình phần cứng bố trí phù hợp, gọn gàng, dễ chỉnh sửa Độ sai số cảm biến mơ hình nằm phạm vi cho phép 3% 4.3.3 Hướng phát triển Một số hướng phát triển để hoàn thiện đề tài: - Kết nối Web Server giám sát thông số 54 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 - Thiết kế giao diện Web để quản lý hệ thống từ xa - Mở rộng thêm khâu khác hệ thống như: khâu rửa, đóng thùng… Sử dụng camera để nhận biết màu cà chua - Mở rộng hệ thống để phân loại thêm nhiều nơng sản sản phẩm khác Tăng hiệu suất tốc độ hệ thống 55 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 KẾT LUẬN Sau tháng thực đề tài với nhiều cố gắng nổ lực với tận tình hướng dẫn thầy Võ Khánh Thoại, đồ án em hoàn thành thời gian quy định theo yêu cầu đặt phân loại màu sắc sản phẩm Các nội dung mà em thực là: + Thiết kế thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc + Lập trình cho hệ thống hoạt động + Đưa hướng phát triển cho đề tài + Đọc tài liệu tham khảo để hoàn thành báo cáo Tuy nhiên em chưa thể tạo hệ thống hồn tồn xác có nhiều mặt hạn chế như: + Nhiễu sáng từ môi trường + Em lập trình phân biệt tần số màu màu khơng hiển thị Nhìn chung đề tài hồn thành mức Trong trình làm đồ án, em rút nhiều kinh nghiệm để tạo sản phẩm hoàn thiện như: Đầu tư thời gian, linh kiện thị trường, hiểu biết linh kiện vận dụng kiến thức học viết chương trình 56 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] https://khs247.com/ (Ngày truy cập 10/05/2022) https://docs.rs-online.com/ (Ngày truy cập 10/05/2022) [3] http://arduino.vn/ (Ngày truy cập 12/05/2022) [4] https://www.alldatasheet.com/ (Ngày truy cập 15/05/2022) [5] Trần Văn Hiếu (2019), Tự Động Hóa PLC S7 – 1200 Với TIA Portal, nhà xuất khoa học - kỹ thuật [6] Lê Chí Kiên (2013), Giáo trình Đo lường cảm biến , nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hị Chí Minh [7] https://mlab.vn/ (Ngày truy cập 24/05/2022) [8] [9] https://giamaynenkhi.net /.(Ngày truy cập 24/05/2022) http://thuykhicongnghiep.vn/ (Ngày truy cập 25/05/2022) 57 Sinh viên thực hiện:Nguyễn Quốc Nghĩa Người hướng dẫn:ThS Võ Khánh Thoại PHỤ LỤC ➢ Phụ lục Sau tiến hành đo tần số sản phẩm chương trình ta ghi chúng vào chương trình sau để tiến hành phân loại màu sắc #define S2 #define S3 10 #define sensorOut #define relay1 #define relay2 #define relay3 int r = 0; int g = 0; int b = 0; int colors[3][6]; void initColor() { colors[0][0] = 30;//Min R colors[0][1] = 70;//Max R colors[0][2] = 70;//Min G colors[0][3] =110;//Max G colors[0][4] = 50;//Min B colors[0][5] = 70;//Max B //tần số sản phẩm màu đỏ colors[1][0] = 30;//R colors[1][1] = 50; colors[1][2] =40;///G colors[1][3] = 140; colors[1][4] = 40;//B colors[1][5] = 65; //tần số sản phẩm màu vàng colors[2][0] = 70;//R colors[2][1] = 90; colors[2][2] = 45;///G colors[2][3] = 60; Phụ lục colors[2][4] = 50;//B colors[2][5] = 70; //tần số sản phẩm màu xanh } void setup() { // Setting the outputs pinMode(S2, OUTPUT); pinMode(S3, OUTPUT); pinMode(relay1, OUTPUT); pinMode(relay2, OUTPUT); pinMode(relay3, OUTPUT); // Setting the sensorOut as an input pinMode(sensorOut, INPUT); initColor(); // Begins serial communication Serial.begin(9600); digitalWrite(relay1,HIGH); digitalWrite(relay2,HIGH); digitalWrite(relay3,HIGH); } int readColor() { digitalWrite(S2,LOW); digitalWrite(S3,LOW); r = pulseIn(sensorOut, LOW); delay(50); digitalWrite(S2,HIGH); digitalWrite(S3,HIGH); g = pulseIn(sensorOut, LOW); delay(50); digitalWrite(S2,LOW); digitalWrite(S3,HIGH); b = pulseIn(sensorOut, LOW); delay(50); Serial.println("R = "+(String)r + " G = "+(String)g + " B = "+(String)b); for(int i =0; i < 3; i++) { Phụ lục if(r >= colors[i][0] && r = colors[i][2] && g = colors[i][4] && b