BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÁY PHÂN LOẠI MÀU SẮC VÀ CÂN ĐO ĐỊNH LƢỢNG Ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Giảng viên hƣớng dẫn Ths Nguyễn Vạn Quốc Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Minh Hiển 1711050241 17DTDA2 Lê Việt Hƣng 1711050173 17DTDA2 Nguyễn Ngọc Tiến 1711050214 17DTDA2 TP Hồ Chí Minh, 2021 ii LỜI CẢM ƠN Để đồ án tốt nghiệp đạt đƣợc kết quả tốt đẹp, nhóm chúng em đã nhận đƣợc sự hỗ trợ,.
Giới thiệu chung
Ngày nay, tự động hóa trong điều khiển sản xuất đang ngày càng trở nên phổ biến trong các doanh nghiệp tại Việt Nam và trên toàn thế giới Sự phát triển này không chỉ nâng cao hiệu quả sản xuất mà còn góp phần vào sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, hỗ trợ cho quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước.
Công nghệ phân loại sản phẩm hiện nay đã được tự động hóa, cho phép phân loại theo màu sắc, tính chất vật liệu và kích thước, nhằm đáp ứng nhu cầu của con người một cách hiệu quả và hiện đại.
Nhằm nâng cao hiệu suất lao động và đảm bảo độ chính xác trong việc phân loại sản phẩm, chúng tôi đã thiết kế mô hình băng chuyền Mô hình này không chỉ phản ánh thực tế sản xuất mà còn đáp ứng yêu cầu về kích thước chính xác của nhiều loại sản phẩm Qua đó, chúng tôi mong muốn góp phần thúc đẩy sự phát triển của xã hội, giúp Việt Nam bắt kịp với sự tiến bộ của thế giới.
Phân loại sản phẩm theo màu sắc
Hiện nay, tự động hóa trong sản xuất ngày càng trở nên phổ biến, thâm nhập vào từng giai đoạn của quy trình sản xuất Một trong những ứng dụng nổi bật của công nghệ này là hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc.
Công nghệ phân loại sản phẩm ngày càng được tự động hóa qua các dây chuyền hiện đại, sử dụng các tiêu chí như màu sắc, tính chất vật liệu và kích thước, nhằm đạt được hiệu quả tối ưu trong quy trình sản xuất.
+ Nâng cao độ chính xác và năng suất lao động
+ Giảm sự nặng nhọc cho người công nhân, tiết kiệm thời gian Giảm được chi phí sản xuất đồng thời hạ giá thành sản phẩm
Để đáp ứng nhu cầu thực tiễn, nhóm chúng em đã thiết kế và thi công một máy phân loại sản phẩm theo màu sắc Cảm biến màu sắc được lắp đặt trên băng chuyền, giúp phát hiện màu sắc của sản phẩm khi chúng di chuyển qua Sau đó, sản phẩm sẽ được tay đẩy đưa vào vị trí đã được xác định trước dựa trên màu sắc đã nhận diện.
Sử dụng cảm biến màu để phân biệt màu sắc các sản phẩm có màu sắc khác nhau
Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc nên thuận lợi cho việc phân biệt các sản phẩm có màu sắc khác nhau
Hệ thống có khả năng phát hiện màu sắc nên thuận lợi cho việc phân biệt các sản phẩm có màu sắc khác nhau
Tự động hóa trong sản xuất không chỉ nâng cao hiệu quả và năng suất chất lượng sản phẩm mà còn giúp giảm giá thành, thay thế dần lao động thủ công Quá trình sản xuất được thực hiện tự động theo một trình tự nhất định, từ đó thúc đẩy chuyên môn hóa và góp phần vào sự phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa của đất nước trong tương lai.
Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay rất đa dạng và được ứng dụng rộng rãi, mang lại hiệu quả cao trong việc phân loại theo chiều cao, màu sắc và vật liệu Những hệ thống này không ngừng được cải tiến để đáp ứng tốt hơn nhu cầu của con người.
Thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm dựa trên màu sắc khác nhau, sử dụng lập trình Arduino cho cảm biến màu sắc kết hợp với lập trình PLC để thực hiện quá trình phân loại sản phẩm hiệu quả.
Hệ thống đƣợc điều khiển bằng PLC để phân loại sản phẩm theo 3 màu sắc khác nhau (đỏ, vàng, xanh) thông qua 2 nút nhấn
- Có kích thước phù hợp, không gian làm việc hiệu quả
- Hệ thống dễ điều khiển và làm việc tin cậy
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình hoạt động
- Thiết bị sử dụng phải có độ bền và tuổi thọ lớn
- Hệ thống cảm biến hoạt động chính xác, có khả năng cải tiến công nghệ
- Vốn đầu tƣ phù hợp, chi phí vận hành thấp, phải mang tính thẩm mỹ
Dựa vào các môn học cơ sở chuyên ngành như Cảm biến và xử lý tín hiệu đo, Truyền động điện, và Lập trình PLC, chúng ta có thể áp dụng các phương pháp thiết kế lý thuyết trong thực tế hiện nay Việc lựa chọn phương pháp hiệu quả nhất và đưa ra các phương án khác nhau giúp thiết lập giải pháp phù hợp để giải quyết một số vấn đề, từ đó mang lại hiệu quả tối ưu.
Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc gồm các thành phần sau:
- Băng chuyền dùng để di chuyển sản phẩm
- Hệ thống cảm biến dùng để phát hiện và nhận dạng màu sắc sản phẩm
- Xilanh đẩy phân loại sản phẩm đến vị trí mong muốn
- Bộ lập trình PLC board FX3U-24MT
Hình 1.1 Phân loại sản phẩm theo màu trong công nghiệp
Phân loại sản phẩm theo chiều cao
Sự kết hợp giữa ngành điện – điện tử và cơ khí đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển tự động hóa công nghiệp, đặc biệt trong bối cảnh đất nước đang phát triển và hội nhập Các sản phẩm không chỉ cần đạt tiêu chuẩn chất lượng mà còn yêu cầu độ chính xác cao về hình dạng, kích thước và trọng lượng Do đó, nhiều khu công nghiệp đã được hình thành với dây chuyền máy móc hiện đại nhằm nâng cao năng suất sản xuất Một trong những thiết bị quan trọng trong quy trình này là hệ thống phân loại sản phẩm Nhóm tác giả đã quyết định nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống phân loại sản phẩm, giúp hiểu rõ hơn về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các thiết bị trong hệ thống, cũng như ứng dụng PLC trong việc điều khiển hệ thống.
- Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền
- Ba cảm biến nhận biết chiều cao
- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu
- Các rơ le trung gian
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống
Khi nhấn nút Start, động cơ điện một chiều được cấp điện áp một chiều, khởi động băng chuyền đầu tiên qua dây đai Băng chuyền này được trang bị cảm biến nhận diện sản phẩm với chiều cao khác nhau Khi sản phẩm đi qua, cảm biến sẽ nhận diện và gửi tín hiệu về bộ PLC để xử lý tiếp.
PLC gửi tín hiệu đến van đảo chiều để điều khiển piston đẩy sản phẩm cao và trung bình vào khay chứa tương ứng, trong khi sản phẩm thấp sẽ được chuyển đến cuối băng chuyền và được phân loại vào hộp chứa trên băng chuyền thứ hai Sau đó, động cơ một chiều thứ hai sẽ vận chuyển hộp chứa sản phẩm thấp về vị trí tương ứng.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao đƣợc ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp:
- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói
- Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm nhƣ bánh kẹo, hoa quả
- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát
Hình 1.2 Phân loại sản phẩm theo chiều cao trong công nghiệp
Phân loại sản phẩm theo hình dạng
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền
- Hai động cơ bước gạt sản phẩm để phân loại
- Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera)
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu
- Các rơ le trung gian
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều được cung cấp cho động cơ điện một chiều, giúp băng chuyền hoạt động thông qua dây đai Trên băng chuyền, cảm biến thị giác Camera được thiết kế để nhận dạng sản phẩm Khi sản phẩm đi qua, cảm biến thị giác sẽ nhận diện và gửi tín hiệu về bộ PLC Bộ PLC sau đó xử lý tín hiệu và đưa ra lệnh điều khiển động cơ bước để gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào các khu vực chứa riêng biệt.
Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng đƣợc ứng dụng trong rất nhiều ngành công nghiệp:
- Ứng dụng trong công nghiệp kiểm tra và phân loại sản phẩm có hình dáng khác nhau nhƣ: Gạch, Ngói, thực phẩm tiêu dùng…
- Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản
- Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh
Hình 1.3 Phân loại sản phẩm theo hình dạng trong công nghiệp
Ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm đã đề cập, còn tồn tại một hệ thống phân loại khác dựa trên đặc tính của sản phẩm Ví dụ, phân loại sản phẩm theo tính năng hoặc công dụng cụ thể.
Có 10 loại sản phẩm được phân loại theo trọng lượng và kích thước, với cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự nhau Sự khác biệt chủ yếu nằm ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại, có thể là xylanh piston hoặc động cơ bước, và bộ phận nhận dạng sản phẩm, bao gồm các loại cảm biến như cảm biến màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hoặc camera phát hiện hình dạng vật thể.
Cân định lƣợng loadcell
- Loadcell là một cảm biến lực (khối lƣợng hoặc mô men xoắn) vv
Khi một lực tác động lên loadcell, thiết bị này sẽ chuyển đổi lực đó thành tín hiệu điện Loadcell, thường được gọi là bộ chuyển đổi tải, thực hiện chức năng chuyển đổi lực thành tín hiệu điện một cách hiệu quả.
Khi tải trọng tác động lên thân loadcell, nó gây ra biến dạng (giãn hoặc nén), dẫn đến thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại trong điện trở strain gauges Sự thay đổi này làm thay đổi giá trị của điện trở strain gauges, từ đó ảnh hưởng đến điện áp đầu ra của loadcell.
Trong các ngành công nghiệp, việc đo lường và số hóa trọng lượng sản phẩm ngày càng trở nên quan trọng nhằm nâng cao chất lượng, tăng năng suất và giảm chi phí Dữ liệu máy tính thường được áp dụng để kiểm tra và tính toán tổng hợp hiệu quả.
Hệ thống đo lường sử dụng các loadcell để chuyển đổi lực vật lý thành tín hiệu điện Những tín hiệu điện này được xử lý và hiển thị trên màn hình máy tính hoặc thiết bị khác, hoặc được in ra và lưu trữ.
Loadcell là thiết bị lý tưởng cho các phép đo nhanh chóng và chính xác So với các cảm biến khác, loadcell không chỉ có giá cả phải chăng mà còn có độ bền cao, mang lại hiệu suất ổn định trong thời gian dài.
Tổng quan về hệ thống điều khiển
Hệ thống điều khiển bao gồm các công cụ và thiết bị điện, điện tử, nhằm đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quy trình sản xuất Chúng thực hiện các yêu cầu từ đối tượng, từ việc cung cấp năng lượng đến các thiết bị bán dẫn, giúp quá trình hoạt động diễn ra nhịp nhàng.
Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, hệ thống điều khiển tự động hóa hoàn toàn, hay còn gọi là PLC, đã trở thành công cụ quan trọng trong việc điều khiển các hệ thống phức tạp, kết hợp với máy tính chủ PLC có khả năng kết nối với nhiều thiết bị khác nhau như bảng điều khiển, động cơ, contact và cuộn dây, cho phép phối hợp xử lý và điều khiển những hệ thống lớn Hệ thống này thể hiện sự linh hoạt cao trong việc phân loại các hệ thống điều khiển, với mỗi bộ phận đóng vai trò quan trọng Đặc biệt, PLC cần được kết nối với các thiết bị cảm biến để nhận biết thông tin và không cho phép máy móc hoạt động nếu không có kết nối với động cơ, trong khi vùng máy chủ là nơi liên kết các hoạt động sản xuất riêng biệt.
Hình 2.1 Hệ thống điều khiển bằng PLC
Trong kỹ thuật tự động, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:
Điều khiển logic khả trình
Một hệ thống điều khiển bất kỳ đƣợc tạo thành từ các thành phần sau:
Khối xử lý-điều khiển
Khối chuyển đổi có chức năng biến đổi các đại lượng vật lý thành tín hiệu điện, sử dụng các bộ chuyển đổi như nút nhấn hoặc cảm biến Tùy thuộc vào loại bộ chuyển đổi, tín hiệu đầu ra có thể là dạng ON/OFF hoặc dạng liên tục (analog).
Khối có nhiệm vụ xử lý thông tin từ khối vào để tạo những tín hiệu ra đáp ứng yêu cầu điều khiển
Tín hiệu ra là sản phẩm cuối cùng của quá trình xử lý trong hệ thống điều khiển, được sử dụng để kích hoạt các thiết bị ở ngõ ra Các thiết bị này bao gồm động cơ điện, xi lanh, solenoid, van và rơle, đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện các hoạt động cần thiết.
Giới thiệu về PLC
PLC (Bộ điều khiển lập trình) là thiết bị chuyên dụng trong công nghiệp, có khả năng điều khiển các quy trình từ đơn giản đến phức tạp Nó thực hiện nhiều chương trình và sự kiện khác nhau, được kích hoạt bởi các thiết bị đầu vào, bộ định thời hoặc bộ đếm Khi sự kiện được kích hoạt, PLC có thể bật/tắt hoặc phát tín hiệu ra các thiết bị bên ngoài Việc thay đổi chương trình cài đặt trong PLC cho phép thực hiện các chức năng khác nhau trong các môi trường điều khiển đa dạng.
Hình 2.2 Sơ đồ khối PLC
2.2.1 Lịch sử phát triển PLC
Trong giai đoạn từ những năm 1920 đến 1950, nhiều quốc gia trên thế giới đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc trong khoa học kỹ thuật Các nhà sản xuất đã nghiên cứu và triển khai các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất, bao gồm tự động hóa các quy trình và giảm thiểu lỗi trong sản xuất.
Quá trình lắp đặt, bảo trì và thay thế có thể trở nên dễ dàng hơn thông qua việc đơn giản hóa các thành phần điều khiển, từ đó giảm thiểu không gian lắp đặt một cách tối đa.
Năm 1968, thiết bị điều khiển lập trình (Programmable Controller) đầu tiên được ra đời bởi công ty General Motors của Mỹ, đáp ứng nhu cầu của các nhà sản xuất Mặc dù mang lại nhiều tiện ích, nhưng thiết bị này vẫn còn đơn giản và cồng kềnh, gây khó khăn cho người sử dụng trong việc vận hành hệ thống.
Các nhà thiết kế đã cải tiến thiết bị để trở nên đơn giản, gọn nhẹ và dễ vận hành, nhưng việc lập trình hệ thống vẫn gặp khó khăn do thiếu thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ Để giải quyết vấn đề này, thiết bị điều khiển lập trình cầm tay (Programmable Controller Handle) đầu tiên được ra đời vào năm 1969, đánh dấu một bước phát triển quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển lập trình.
Trong giai đoạn này, thiết bị điều khiển lập trình (PLC) được sử dụng chủ yếu để thay thế hệ thống Relay và dây nối trong các hệ thống điều khiển truyền thống Qua quá trình phát triển, các nhà thiết kế đã từng bước xây dựng một tiêu chuẩn mới cho hệ thống điều khiển, đó là dạng lập trình sử dụng giản đồ hình thang (The Diagram Format).
Vào những năm đầu thập niên 1970, hệ thống PLC đã được cải tiến với khả năng vận hành dựa trên các thuật toán hỗ trợ và dữ liệu cập nhật Sự phát triển của màn hình máy tính đã giúp việc giao tiếp giữa người điều khiển và hệ thống trở nên thuận tiện hơn trong quá trình lập trình.
Vào cuối thập niên 80, sự phát triển của công nghệ thông tin và mạch tích hợp điện tử đã dẫn đến sự hoàn thiện của hệ thống phần cứng và phần mềm về tốc độ, độ tin cậy, tính linh động và khả năng giao tiếp Đến nay, thiết bị PLC đã phát triển mạnh mẽ với nhiều chức năng mở rộng.
Hệ thống đầu vào/ra có khả năng mở rộng lên tới 8000 cổng, đồng thời dung lượng bộ nhớ chương trình có thể đạt hơn 128000 từ Người dùng có thể gắn thêm nhiều module bộ nhớ để tăng kích thước chương trình, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất cao cho hệ thống.
15 nhà thiết kế đã phát triển kỹ thuật kết nối các hệ thống PLC riêng lẻ thành một hệ thống PLC chung, cho phép tích hợp với các hệ thống máy tính, từ đó nâng cao khả năng điều khiển cho từng hệ thống riêng biệt.
Tốc độ xử lý của hệ thống PLC đã được cải thiện đáng kể, với chu kỳ quét nhanh hơn, cho phép xử lý hiệu quả các chức năng phức tạp và số lượng cổng vào/ra lớn Hệ thống cũng tích hợp một số thuật toán điều khiển cơ bản như PID cho điều khiển nhiệt độ, tốc độ động cơ và vị trí, cùng với khả năng điều khiển mỡ và lọc nhiễu tín hiệu đầu vào.
Trong tương lai, hệ thống PLC sẽ không chỉ giao tiếp với các hệ thống khác qua CIM (Computer Integrated Manufacturing) để điều khiển các thiết bị như robot và CAD/CAM, mà còn được phát triển với các chức năng điều khiển thông minh Các nhà thiết kế đang nghiên cứu và xây dựng các siêu PLC (super PLC) để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành công nghiệp.
Hiện nay, nhiều hãng nổi tiếng như Siemens, Omron, Mitsubishi, Festo, Alan Bradley, Schneider và Hitachi đã sản xuất PLC Ngoài ra, các thiết bị mở rộng như cổng AI (Analog Input), DI (Digital Input), thiết bị hiển thị và bộ nhớ Cartridge cũng đã được bổ sung để nâng cao khả năng của PLC.
Trong hệ thống tự động, PLC được coi là trái tim của hệ thống điều khiển, với chương trình ứng dụng điều khiển lưu trữ trong bộ nhớ PLC Nó liên tục giám sát tình trạng hệ thống thông qua tín hiệu phản hồi từ thiết bị đầu vào và xác định tiến trình hoạt động dựa trên tính hợp lý của chương trình PLC có khả năng điều khiển các nhiệm vụ đơn giản, lặp đi lặp lại hoặc kết nối với thiết bị điều khiển chủ và máy tính qua mạng giao tiếp để quản lý các quy trình phức tạp.
2.2.3 Các thiết bị nhập và xuất dùng trong PLC
Sự thông minh của một hệ thống tự động hóa phụ thuộc vào khả năng đọc các tín hiệu từ các cảm biến tự động của PLC
Giao diện cơ bản giữa PLC và các thiết bị nhập bao gồm nút ấn, cầu dao, và phím Bên cạnh đó, PLC cũng có khả năng nhận tín hiệu từ các thiết bị nhận dạng tự động như công tắc trạng thái, công tắc giới hạn, cảm biến quang điện và cảm biến cấp độ.
Giới thiệu tổng quan về HMI
HMI là viết tắt của Human-Machine-Interface, có nghĩa là thiết bị giao tiếp giữa người thi hành, thiết kế và máy móc
Biểu thị dữ liệu cho người vận hành và cho phép nhập lệnh điều khiển qua nhiều dạng: hình ảnh, sơ đồ, cửa sổ, menu, màn hình cảm ứng …
HMI có thể là màn hình GOT(Graphic Operation Terminal) của Mitsubishi, màn hình NT của Omron, hoặc một PC chạy phần mềm SoftGOT của Mitsubishi…
HMI, hay giao diện người-máy, là bất kỳ phương thức nào mà con người tương tác với máy móc Ví dụ, hệ thống điều khiển số trên máy giặt và bảng hướng dẫn lựa chọn phần mềm hoạt động từ xa trên TV đều là những ứng dụng của HMI.
2.3.2 Thành phần HMI truyền thông
Thiết bị nhập thông tin: công tắc chuyển mạch, nút bấm…
Thiết bị xuất thông tin: đèn báo, còi, đồng hồ đo…
Nhƣợc điểm của HMI truyền thống
Thông tin không đầy đủ
Thông tin không chính xác
Khả năng lưu trữ thông tin hạn chế
Độ tin cậy và ổn định thấp
Đối với hệ thống rộng và phức tạp: độ phức tạp rất cao và rất khó mở rộng Các ƣu điểm của HMI hiện đại :
Tính đầy đủ kịp thời và chính xác của thông tin
Tính mềm dẻo, dễ thay đổi bổ xung thông tin cần thiết
Tính đơn giản của hệ thống, dễ mở rộng, dễ vận hành và sửa chữa
Tính “Mở”: có khả năng kết nối mạnh, kết nối nhiều loại thiết bị và nhiều loại giao thức
Khả năng lưu trữ cao
Chíps: CPU, ROM,RAM, EPROM/Flash, …
Các công cụ xây dựng HMI
Các công cụ kết nối, nạp chương trình và gỡ rối
Các công cụ mô phỏng
Các giao thức truyền thông
Độ lớn màn hình: quyết định thông tin cần hiển thị cùng lúc của HMI
Dung lượng bộ nhớ chương trình, bộ nhớ dữ liệu, Flash dữ liệu: quyết định số lượng tối đa biến số và dung lượng lưu trữ thông tin
Số lƣợng các phím và các phím cảm ứng trên màn hình: khả năng thao tác vận hành
Chuẩn truyền thông, các giao thức hỗ trợ
Số lƣợng các đối tƣợng, hàm lệnh mà HMI hỗ trợ
Các cổng mở rộng: Printer, USB, PC100
Khi lựa chọn kích thước màn hình, cần xem xét số lượng thông số và thông tin cảm biến hiển thị đồng thời, cũng như nhu cầu về đồ thị và đồ họa trong lưu trình công nghệ.
Lựa chọn số phím cứng, số phím cảm ứng tối đa cùng sử dụng cùng lúc
Lựa chọn các cổng mở rộng nếu có nhu cầu in ấn, đọc mã vạch, kết nối các thiết bị ngoại vi khác
Lựa chọn dung lƣợng bộ nhớ: theo số lƣợng thông số cần thu thập số liệu, lưu trữ dữ liệu, số lượng trang màn hình cần hiển thị
Cấu hình phần cứng: chọn phần cứng, chuẩn giao thức
Xây dựng các màn hình
Gán các biến số (tag) cho các đối tƣợng
Sử dụng các đối tƣợng đặc biệt
Nạp thiết bị xuống HMI.
Giới thiệu mô hình
Mô hình phân loại sẽ nhận diện màu sắc sản phẩm (đỏ, vàng, xanh) và truyền tín hiệu màu đã xử lý đến khối xử lý màu sắc để thực hiện phân loại Khối xử lý trung tâm sẽ điều khiển các khối khác trong quá trình phân loại sản phẩm, trong đó có sự tác động của các xi lanh 2 ty.
Chức năng từng phần
Xử lý màu sắc là quá trình tiếp nhận tín hiệu từ cảm biến màu sắc và chuyển đổi chúng thành tín hiệu gửi về PLC, nhằm thực hiện nhiệm vụ phân loại chính xác.
Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng tín hiệu từ khối xử lý màu sắc và cảm biến để điều khiển xilanh khí nén, thực hiện việc phân loại theo các tiêu chí đã được định sẵn trong mô hình.
Khối xử lý màu sắc: có chức năng xử lý tín hiệu từ cảm biến màu sắc và gửi tín hiệu về khối xử lý trung tâm
Khối cảm biến bao gồm cảm biến màu sắc và cảm biến tiệm cận, có nhiệm vụ nhận biết màu sắc và phát hiện vật thể di chuyển trên băng tải.
Khối xử lý trung tâm: có chức năng nhận tín hiệu, xử lý thông tin và điều khiển các khối chức năng khác
Khối băng chuyền: có chức năng đƣa sản phẩm chạy trên băng tải đến các khối xử lý khác
Hệ thống khí nén: có chức năng đẩy sản phẩm đã đƣợc phân loại ra khỏi băng tải đến nơi đã định sẵn
Nguồn: có chức năng cung cấp nguồn cho hệ thống.
Thiết kế các khối
Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36VDC, điện áp làm việc:
DC 6- 36VDC Khoảng cách phát hiện: 10-30cm có thể điều chỉnh
Cảm biến vật cản hồng ngoại sử dụng cặp LED thu phát hồng ngoại để phát hiện vật cản trong môi trường Khi tia hồng ngoại phát ra gặp vật cản, nó sẽ phản xạ trở lại LED thu, kích hoạt đèn báo trên module sáng Ngược lại, khi không có vật cản, đèn sẽ tắt Trên thị trường hiện có nhiều loại cảm biến hồng ngoại như E3F-DS30C4, E18-D50NK, TCRT5000 FC-123, và E18-D80NK Để phục vụ cho đề tài, cảm biến E3F-DS30C4 đã được lựa chọn.
3.3.2 Khối xử lý màu sắc
Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều loại cảm biến màu sắc khác nhau như TSC230 V1, TSC230 V2, TCS3200, Trong đó, cảm biến màu TCS3200 là lựa chọn lý tưởng cho mô hình của chúng tôi nhờ những tính năng và ưu điểm vượt trội.
Khối xử lý màu sắc dùng để nhận dữ liệu và xử lý màu sắc cảm biến màu
TCS3200, sau đó điều khiển khối công suất làm ngõ vào cho PLC
Có rất nhiều thiết bị, module, IC công suất khác nhau để điều khiển, thực hiện điều khiển các thiết bị công suất nhƣ arduino, Arm, Rasbperry…
Với các yêu cầu đã đề ra, Arduino Nano là lựa chọn lý tưởng vì nó cung cấp đủ các cổng I/O cần thiết cho việc điều khiển, đồng thời tiết kiệm chi phí mà vẫn đảm bảo hiệu suất hoạt động tốt.
Do module đã tích hợp sẳn chip nạp và nguồn chúng ta chỉ cần cắm cáp USB hay cấp nguồn Pin vào là có thể hoạt động bình thường
Khối băng chuyền sẽ chuyển sản phẩm cần phân loại đến vị trí cảm biến và vị trí thực hiện phân loại trong hệ thống Do hệ thống chỉ là mô hình nhỏ, em đã chọn động cơ DC với điện áp 24V để phù hợp hơn Động cơ này sẽ đảm nhận việc kéo băng chuyền vận hành.
Hệ thống điều khiển khí nén có nhiệm vụ đưa sản phẩm ra khỏi băng tải đến vị trí phân loại, bao gồm hai phần chính là xi lanh và van điện từ Xi lanh khí nén, hay còn gọi là pen khí nén, là thiết bị cơ học biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng để thực hiện các chuyển động Chúng tạo ra lực và thường kết hợp với chuyển động, được cung cấp bởi khí nén từ máy nén khí Xi lanh khí nén truyền lực bằng cách chuyển đổi năng lượng tiềm năng của khí nén thành động năng, nhờ vào khả năng nở rộng của khí nén dưới áp suất lớn hơn áp suất khí quyển mà không cần nguồn năng lượng bên ngoài.
Sự giãn nở của không khí làm cho piston di chuyển theo hướng mong muốn Khi được kích hoạt, không khí nén vào ống ở một đầu của piston, truyền tải lực lên piston và khiến nó di chuyển Để xi lanh hoạt động hiệu quả, cần có van điện từ để điều khiển hành trình của piston.
Van điện từ, hay còn gọi là solenoid valve, là thiết bị cơ điện dùng để kiểm soát dòng chảy của chất khí hoặc lỏng thông qua nguyên lý đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ Tùy vào loại xi lanh, có nhiều loại van điện từ khác nhau như 2/2, 3/2, 4/2, 5/2, 5/3, trong đó van 4/2 hai đầu cuộn dây thường được chọn để điều khiển Để điều khiển hành trình của pittong xi lanh, các cuộn dây của van điện từ sẽ được điều khiển thông qua PLC Việc đẩy hoặc thu xi lanh sẽ phụ thuộc vào cuộn dây nào được kích hoạt và cách kết nối dòng khí nén trên van với xi lanh.
3.3.5 Khối xử lý trung tâm: Board PLC Mitsubishi FX3U – 24MT
PLC Boara là một bo mạch điều khiển lập trình tương tự như PLC nguyên khối, cho phép thực hiện các thuật toán linh hoạt và điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình.
Bảng PLC được thiết kế tối ưu, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư nhờ vào giá thành hợp lý, phù hợp với nhu cầu của người dùng Hiện nay, một số thương hiệu bảng PLC phổ biến bao gồm Siemens, Mitsubishi và Omron.
Cấu tạo của PLC Board:
PLC Board có chức năng tương tự như một PLC thông thường, nhưng được tối ưu hóa về chi phí Các thành phần chính của PLC Board vẫn giữ nguyên cấu trúc giống như một PLC truyền thống.
Gồm 3 cấu tạo thành phần chính:
- Nguồn: Đầu vào là điện 220V hoặc 24V
CPU của Board PLC có các thông số khác nhau tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể Khả năng xử lý dữ liệu và dung lượng bộ nhớ sẽ ảnh hưởng đến các chương trình được sử dụng, đảm bảo hiệu suất tối ưu cho từng nhiệm vụ.
- Khối ngoại vi: Bao gồm input/output Modem phát xung, analog, truyền thông.
Hình 3.2 Cấu tạo PLC Board Ƣu điểm khi sử dụng PLC Board:
PLC Board dễ dàng sử dụng, không mất nhiều thời gian để thích nghi, dễ dàng thay đổi các thiết kế
Lắp đặt dễ dàng, thời gian lắp đặt ngắn gọn
Ứng dụng đƣợc nhiều trong phạm vi rộng
Dễ bảo trì nhờ khả năng tin hiệu hóa, khả năng lưu giữ mã lỗi, khả năng truyền thông
Thích ứng với môi trường khắc nghiệt, chống ấm, chống ăn mòn, chống tĩnh điện tốt
Gía thành rẻ phù hợp với nhu cầu người dùng
Hình 3.3 Sơ đồ Board FX3U – 24MT
Hình 3.4 Giải đáp tên Board PLC
Bảng 3.1 Các tính năng PLC Board FX3U – 24MT
2 Ngõ vào/ra 14 vào / 10 ra
3 Ngõ ra Transistor: 24VDC/5A (Khuyến cáo sử dụng 1A)
4 Ngõ vào analog 6 ngõ vào analog, độ chính xác 12bit, A0-AD2: 0-
10V, A3-AD5: 0-20mA; Đọc cấu trúc lệnh RD3A
5 Ngõ ra analog 2 ngõ ra analog, độ chính xác 12bit, ngõ ra vôn: 0-
10V, ngõ ra analog với cấu trúc lệnh WR3A
6 Phát xung 100KHz (khuyến cáo 40KHz)
(Dài*Rộng*Cao) 137mmx120mmx43mm nặng 300g
9 Bộ đếm tốc độ cao Bộ đếm 6 kênh mặc định 8k (Đếm 1 chiều hoặc 2 chiều)
10 Giao tiếp HMI Có thế kết nối hầu hết các loại HMI RS232 (1
11 Phần mềm lập trình GX Developer - GX-Work 2
12 Cổng lập trình DP9/RS232 tốc độ 38.4kbs
13 Số lượng bước lập trình 8000 bước
14 Khả năng bảo vệ Chống ăn mòn - chống ẩm - chống tĩnh điện
Cổng kết nối và cáp lập trình:
Hình 3.5 Cổng kết nối và cáp lập trình
14 ngõ vào NPN, 10 ngõ ra Transistor NPN, 6 đầu vào analog( 3 ngõ vào 0-10V và
3 ngõ vào 0-20mA), 2 đầu ra analog (0-10V)
- X0-X5 là ngõ vào xung tốc độ cao, nhận đƣợc 3 encoder AB, mặc định là 12K, có thể yêu cầu 100K
- Y0-Y3 là ngõ ra xung tốc độ cao có thể lên đến 100K
- Có vùng nhớ duy trì khi mất điện
- Hỗ trợ mã hóa 16-bit
- RS485 hỗ trợ 4 giao thức truyền thông
- Tốc độ quét 3000 steps/ 1ms
3.3.6 Bộ nguồn Đối với khối nguồn do ở đây chúng ta vừa cần dùng nguồn AC và DC nên nguồn AC 220V chúng ta sẽ lấy trực tiếp từ lưới điện để cấp cho khối xử lý trung tâm
Riêng về nguồn DC em sử dụng cho khối xử lý màu sắc và các ngoại vi của PLC
Khối xử lý màu sắc: ta chọn nguồn 5V để cung cấp cho khối xử lý màu sắc
Các ngoại vi kết nối với khối xử lý trung tâm: ta chon bộ nguồn
24V-5A để cung cấp cho khối ngoại vi PLC
HMI Delta DOP- B03S211
Màn hình Delta là lựa chọn hàng đầu trong dòng Màn hình HMI cao cấp, nổi bật với giá cả hợp lý và tính năng bán chạy Sản phẩm này được đánh giá cao nhờ độ bền vượt trội, giao diện sắc nét và dễ lập trình Hơn nữa, màn hình Delta hỗ trợ kết nối với PLC của tất cả các hãng và đi kèm phần mềm lập trình miễn phí, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.
Tuân thủ khởi động nhanh chóng để cài đặt Nếu không, nó có thể gây ra thiệt hại thiết bị
Không được lắp đặt sản phẩm ở vị trí không phù hợp với các đặc điểm kỹ thuật đã được chỉ định cho HMI Việc không tuân thủ quy tắc này có thể gây ra nguy cơ điện giật, hỏa hoạn hoặc thậm chí nổ.
Không nên lắp đặt sản phẩm ở những vị trí có nhiệt độ vượt quá giới hạn kỹ thuật của HMI Việc không tuân thủ điều này có thể gây ra hoạt động không bình thường hoặc dẫn đến hư hỏng sản phẩm.
3.4.2 Định nghĩa pin của truyền thông nối tiếp DOP-B03S211
Bảng 3.2 Pin của truyền thông nối tiếp DOP – B03S211
Hình 3.7 Kích thước HMI Delta
Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật HMI Delta MẪU DOP-B03S211 DOP-B03E211
Màn hình LCD TFT 4,3" (màu 65536 )
Nghị quyết 480 x 272 pixel Đèn nền Đèn LED back light (ít hơn 20.000 giờ bán rã ở 25 o C) (Note 1) Kích thước
Hệ điều hành thời gian thực Delta
MCU Bộ điều khiển vi mô RISC 32 bit
COM1 COM2 COM1 COM2 COM1 COM2
RS-232 RS-485 RS-485 RS-485 RS-232 RS-422
Flash ROM 128 MB (Hệ điều hành: 30MB / Sao lưu: 16MB / Ứng dụng người dùng: 82MB)
Bộ nhớ Sao lưu 32Kbyte
Buzzer Tần số đa giai điệu (2K ~ 4K Hz) / 85dB
COM1 RS-232 (hỗ trợ kiểm soát luồng phần cứng) / RS-485
Lịch vĩnh viễn Gắn liền
Lưu thông không khí tự nhiên
Bằng cấp không thấm nước
IP65 / NEMA4 (Note 3) Điện áp hoạt động
Nguồn điện DC +24V (biên độ -10% đến +15%) yêu cầu sử dụng nguồn điện cô lập để đảm bảo an toàn Thiết bị có khả năng chịu đựng điện áp AC500V trong 1 phút giữa các thiết bị đầu cuối DC24V và đầu cuối FG.
Pin dự phòng Pin lithium 3V CR2032 x 1
Thời lượng pin dự phòng Nó phụ thuộc vào nhiệt độ được sử dụng và điều kiện sử dụng, o khoảng 3 năm trở lên ở 25 C
-20 o C ~ +60 o C Độ ẩm môi trường xung quanh
IEC 61131-2 tuân thủ ≦ 5Hzf
