Thiết kế và thi công mô hình băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC và giao diện HMI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC VÀ HMI NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ThS Hoàng Nguyên Phước Sinh viên thực hiện MSSV Lớp Nguyễn Đức Minh Tâm 1711020460 17DDCB1 Lương Ngọc Hưng 1711020465 17DDCB1 Lương Đức Huy 1711020440 17DDCB1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC VÀ HMI NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆ.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC VÀ HMI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS Hoàng Nguyên Phước Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Đức Minh Tâm 1711020460 17DDCB1 Lương Ngọc Hưng 1711020465 17DDCB1 Lương Đức Huy 1711020440 17DDCB1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC VÀ HMI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS Hoàng Nguyên Phước Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Đức Minh Tâm 1711020460 17DDCB1 Lương Ngọc Hưng 1711020465 17DDCB1 Lương Đức Huy 1711020440 17DDCB1 LỜI CẢM ƠN Qua bốn năm học trường em giúp đỡ dìu dắc tận tình q Thầy (cơ) Đến khóa học kết thúc chúng em hoàn thành Đồ án Tốt Nghiệp Đó nhờ vào giúp đỡ q Thầy Cơ, đặc biết thầy Hồng Nguyên Phước hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành Đồ Án Tốt Nghiệp sau tháng thực Không thế, q Thầy Cơ cịn bảo truyền đạt kiến thức kinh nghiệp trình làm việc với Do thời gian điều kiện cịn khó khăn ảnh hưởng dịch COVID – 19 nên Đồ án tránh nhiều thiếu sót, mong q Thầy Cơ bạn góp ý để Đồ Án chúng em hồn chình Em xin chân thành bảy tỏ lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Công Nghệ TPHCM tồn thể q Thầy Cơ giảng dạy Viện Kỹ Thuật Hutech ii MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG : GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Đối tượng nghiên cứu 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Kết đạt đề tài 1.7 Kết cấu đề tài: Gồm chương CHƯƠNG : TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 2.1 Tổng quan dây chuyền phân loại sản phẩm 2.2 Hệ thống phân loại GeoSort CHƯƠNG : PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 3.1 Đề xuất phương án 3.2 Lựa chọn phương án thiết kế 3.2.1 Cảm biến màu sắc TCS3200 3.2.2 PLC S7-1200 10 3.2.3 Arduino UNO R3 11 CHƯƠNG : QUY TRÌNH THIẾT KẾ 12 4.1 Mục tiêu 12 4.2 Giới thiệu mơ hình 12 iii 4.3 Phương án điều khiển 13 4.4 Giới thiệu linh kiện 14 4.4.1 Nguồn adapter 24V 10A 14 4.4.2 Động giảm tốc JGB37-520 DC 14 4.4.3 Cảm biến hồng ngoại 15 4.4.4 Cảm biến màu sắc TCS3200 17 4.4.5 Arduino UNO R3 20 4.4.6 PLC Siemens S7 – 1200 CPU – 1212C 22 4.4.7 Xilanh khí nén 27 4.5 Tính tốn thiết kế 29 4.5.1 Thiết kế phần cứng 29 4.5.1.1 Khối xử lý màu sắc 30 4.5.1.2 Khối cảm biến 30 4.5.1.3 Khối xử lý trung tâm 32 4.5.1.4 Khối nguồn 33 4.5.1.5 Khối băng truyền 34 4.5.1.6 Khối hệ thống điều khiển khí nén 36 4.5.2 Lưu đồ giải thuật 40 4.5.3 Mạng truyền thông Modbus 41 4.5.4 Sơ đồ tổng thể nguyên lí hoạt động 42 4.5.4.1 Sơ đồ tổng thể 42 4.5.4.2 Nguyên lí hoạt động 42 4.5.5 Thiết kế mơ hình 43 4.5.5.1 Sơ đồ đấu dây 43 iv 4.5.6 Thiết kế khí 44 4.5.6.1 Hệ thống băng tải 44 4.5.6.2 Hệ thống xử lí màu sắc 44 4.5.6.3 Tủ điện 45 4.6 Giới thiệu cơng cụ lập trình 45 4.6.1 Arduino IDE 45 4.6.2 Tia Portal V15.1 50 4.6.2.1 Giới thiệu chung 50 4.6.2.2 Làm việc với phần mềm TIA Portal 51 4.6.2.3 Làm việc với trạm PLC 57 4.6.2.4 Kỹ thuật lập trình 59 CHƯƠNG : THI CÔNG MƠ HÌNH 62 5.1 Thi cơng mơ hình 62 5.1.1 Bản vẽ tổng thể 62 5.1.2 Thiết bị thi cơng mơ hình: 63 5.2 Mô WinCC 65 5.3 Mô FACTORY I/O 69 5.4 Mã QR video mô mơ hình 69 CHƯƠNG : ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KẾT LUẬN 70 6.1 Ưu điểm khuyết điểm giải pháp; 70 6.2 Đánh giá 70 6.3 Hướng phát triển cho tương lai 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC PHẦN MỀM 73 v MỤC LỤC HÌNH ẢNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Dây chuyển phân loại sản phẩm (Nguồn Internet) Hình 2.2: Phun phủ hỗn hợp cho trái (Nguồn Internet) Hình 2.3: Hệ thống phân loại GeoSort (Nguồn Internet) Hình 2.1: Dây chuyển phân loại sản phẩm (Nguồn Internet) Hình 2.2: Phun phủ hỗn hợp cho trái (Nguồn Internet) Hình 2.3: Hệ thống phân loại GeoSort (Nguồn Internet) Hình 3.1: Cảm biến TCS3200 (Nguồn Internet) Hình 3.2: PLC S7-1200 (Nguồn Internet) 10 Hình 3.3: Arduino UNO R3 (Nguồn Internet) 11 Hình 4.1: Mơ hình tổng thể 13 Hình 4.2: Nguồn adapter 24V 10A (Nguồn Internet) 14 Hình 4.3: Đơng giảm tốc JGB37 – 520 DC (Nguồn Internet) 15 Hình 4.4: Cảm biến hồng ngoại (Nguồn Internet) 16 Hình 4.5: Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK (Nguồn Internet) 16 Hình 4.6: Sơ đồ chân cảm biến E18-D80NK (Nguồn Internet) 17 Hình 4.7: Cấu tạo cảm biến màu sắc TCS3200 (Nguồn Internet) 18 Hình 4.8: Cảm biến màu sắc TCS3200 (Nguồn Internet) 18 Hình 4.9: Arduino UNO R3 (Nguồn Internet) 20 Hình 4.10: PLC Siemens S7 – 1200 (Nguồn Internet) 23 Hình 4.11: Bảng tín hiệu PLC S7 – 1200 (Nguồn Internet) 25 Hình 4.12: Module tín hiệu (Nguồn Internet) 26 Hình 4.13: Module truyền thơng PLC S7 – 1200 (Nguồn Internet) 26 vi Hình 4.14: Cấu tạo xilanh khí nén (Nguồn Internet) 27 Hình 4.15: Xilanh (Nguồn Internet) 28 Hình 4.16: Van điện từ (Nguồn Internet) 28 Hình 4.17: Van điện từ 5/2 (Nguồn Internet) 28 Hình 4.18: Sơ đồ khối tổng thể 29 Hình 4.19: Sơ đồ kết nối TCS3200 với Arduino 30 Hình 4.20: Sơ đồ kết nối 31 Hình 4.21: PLC S7 – 1200 CPU 1212C (Nguồn Internet) 32 Hình 4.22: Sơ đồ đấu dây khối trung tâm 33 Hình 4.23: Sơ đồ khối nguồn 33 Hình 4.24: Bộ nguồn 24V DC (Nguồn Internet) 34 Hình 4.25: Ngun lí nguồn chiều (Nguồn Internet) 34 Hình 4.26: Băng tải 35 Hình 4.27: Động JGB37-520 DC để kéo băng tải (Nguồn Internet) 36 Hình 4.28: Cấu trúc hệ thống khí nén (Nguồn Internet) 38 Hình 4.29: Hệ thống điện – khí nén (Nguồn Internet) 39 Hình 4.30: Sơ đồ đấu dây xilanh 39 Hình 4.31: Lưu đồ giải thuật 40 Hình 4.32: Sơ đồ tổng thể mơ hình 42 Hình 4.33: Sơ đồ đấu dây PLC 43 Hình 4.34: Sơ đồ đấu dây Arduino 43 Hình 4.35: Hệ thống băng tải 44 Hình 4.36: Hệ thống xử lí màu sắc 44 Hình 4.37: Tủ điện 45 Hình 4.38: Giao diện Arduino IDE 46 Hình 4.39: Vùng lệnh 47 Hình 4.40: Vùng viết chương trình 47 Hình 4.41: Vùng thơng báo 48 Hình 4.42: Cài đặt thư viện bổ sung cho Arduino IDE 48 vii Hình 4.43: Thư viện bổ sung 49 Hình 4.44: Nhấn Install để cài đặt 49 Hình 4.45: Cài đặt hồn tất 50 Hình 4.46: Phần mềm TIA Portal 50 Hình 4.47: Biểu tượng phần mềm Tia Portal 52 Hình 4.48: Màn hình phần mềm Tia Portal 52 Hình 4.49: Tạo dự án Tia Portal 52 Hình 4.50: Chọn Configure a device 53 Hình 4.51: Chọn add new device 53 Hình 4.52: Chọn loại CPU PLC 54 Hình 4.53: Loại CPU PLC chọn 54 Hình 4.54: Bảng định địa 55 Hình 4.55: Tạo bảng tag 56 Hình 4.56: Tìm thay PLC 56 Hình 4.57: Biểu tượng download chương trình CPU 57 Hình 4.58: Chọn cấu hình Type of the PG/PC interface 57 Hình 4.59: Chọn start all hình nhấn finish 58 Hình 4.60: Giám sát chương trình hình cách 58 Hình 4.61: Giám sát chương trình hình cách 58 Hình 4.62: Màn hình giám sát 59 Hình 4.63: Cấu trúc lập trình (Nguồn Internet) 59 Hình 5.1: Bản vẽ tổng thể băng tải 62 Hình 5.2: Bản vẽ tủ điện 62 Hình 5.3: Nguồn adapter 24V 10A (Nguồn Internet) 63 Hình 5.4: Động giảm tốc (Nguồn Internet) 63 Hình 5.5: Cảm biến hồng ngoại (Nguồn Internet) 63 Hình 5.6: Cảm biến màu sắc TCS3200 (Nguồn Internet) 64 Hình 5.7: Arduino UNO R3 (Nguồn Internet) 64 viii Hình 5.8: PLC S7 – 1200 CPU 1212C (Nguồn Internet) 64 Hình 5.9: Xilanh khí nén (Nguồn Internet) 65 Hình 5.10: Van điện từ (Nguồn Internet) 65 Hình 5.11: Giao diện WinCC 65 Hình 5.12: Các hình WinCC 66 Hình 5.13: Thanh công cụ WinCC 66 Hình 5.14: Tab Properties 67 Hình 5.15: Tab Animation 67 Hình 5.16: Tab Event 68 Hình 5.17: Mơ WinCC 68 Hình 5.18: Mô Factory I/O 69 Hình 5.19: Mã QR mô 69 MỤC LỤC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 4.1: Bảng sơ đồ chân cảm biến màu sắc TCS3200 19 Bảng 4.2: Bảng lựa chọn loại photphodiode 19 Bảng 4.3: Bảng mở rộng tần số đầu 19 Bảng 4.4: Thông số mạch Arduino UNO R3 21 Bảng 4.5: Bảng phân loại chức dòng S7 – 1200 23 Bảng 4.6: Các module hỗ trợ PLC S7 – 1200 25 ix - Xilanh khí nén Hình 5.9: Xilanh khí nén (Nguồn Internet) - Van điện từ Hình 5.10: Van điện từ (Nguồn Internet) 5.2 MÔ PHỎNG WINCC - Project tree  PC-System_1 [SIMATIC PC station]  HMI_RT_1 [WinCC RT Advanced]  Screens  Add new screen thêm hình Hình 5.11: Giao diện WinCC 65 - Thiết kế vẽ hình: hình chính, hình điều khiển hình giới thiệu Hình 5.12: Các hình WinCC - Toolbox có dụng cụ mơ  Basic Objects: Vẽ đèn báo, viết chử, vẽ hình, …  Elements: Chọn nút nhấn, loại đồng hồ, …  Controls: Dùng điều khiển giám sát, xuất file PDF, …  Graphics: Chọn thiết bị cảm biến, motor, băng tải, … Hình 5.13: Thanh công cụ WinCC 66 - Properties  Appearance chỉnh vẽ thiết bị - Properties  Layout chỉnh vị trí kích thước thiết bị Hình 5.14: Tab Properties - Animation  Tag connection  Add new animation  Process value gán biến có giá trị liệu - Animation  Display  Appearance gán biến IP OP - Animation  Movements  Horizontal move tạo hiệu ứng chuyển động Hình 5.15: Tab Animation 67 - Event  Press  Setbit gán giá trị nhấn - Event  Release  Resetbit gán giá trị nhả Hình 5.16: Tab Event - Sau thiết kế tụi em cho mơ WinCC sau: Hình 5.17: Mơ WinCC 68 5.3 MƠ PHỎNG TRÊN FACTORY I/O Hình 5.18: Mơ Factory I/O 5.4 MÃ QR VIDEO MƠ PHỎNG MƠ HÌNH Sau hồn thành mơ nhóm cho chạy thử máy tính dịch Covid ngày căng thằng nên nhóm chưa thể ngồi thi cơng mơ hình vật lí được, nên mong q Thầy Cơ thơng cảm bất tiện Chúng em làm mơ mơ hình phần mềm WinCC Factory I/O Để xem video mơ xin mời q thầy (cơ) qt mã QR đây: Hình 5.19: Mã QR mơ 69 CHƯƠNG : ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KẾT LUẬN ƯU ĐIỂM VÀ KHUYẾT ĐIỂM CỦA GIẢI PHÁP 6.1 Với đề tài “Thiết kế thi cơng mơ hình băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC giao diện HMI” Sau tháng làm đồ án dựa vào kiến thức học trường lớp, tài liệu hướng dẫn tận tình thầy Hồng Ngun Phước đồ án nhóm thành cơng tốt đẹp Sau hồn thành chạy mơ mơ hình nhóm thấy máy có ưu, nhược điểm sau: Ưu điểm: - + Rất cần thiết nhà máy hộ kinh doang vừa nhỏ, giúp cho cơng việc tự động hóa sản xuất dễ dàng + Mơ hình tương đối đơn giản + Không tốn nhiều không gian, mô hình nhỏ gọn - Sử dụng thiết bị từ giảm nhiều chi phí cho giá thành xây dựng mơ hình Nhược điểm: - + Do mơ hình mơ nên khả trực quan sinh động q trình vận hành mơ hình cịn 6.2 + Không thể hết hoạt động thực tế hệ thống + Sử dụng Arduino để điều khiển nên tính ứng dụng thực tế chưa cao + Độ trễ xử lý vật hạn chế ĐÁNH GIÁ - Những đạt được:  Áp dụng kiến thức tích lũy trình học vào việc xây dựng hệ thống  Sử dụng thành thạo phần mềm ứng dụng liên quan như: CAD, TiaV15, …  Hoàn thiện chạy hệ thống mức ổn định - Những thiếu sót chưa hồn thành được:  Mơ hình hồn thiện cịn hạn chế việc phân loại tốc độ cao  Vẫn có vài lỗi khả nhận diện màu liên tục 70  Khả đọc hiểu tài liệu, datasheet Tiếng anh hạn chế 6.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO TƯƠNG LAI Bản thân đề tài rộng, đâu công nghiệp chế biến thay sản xuất xuất tự động hóa dây chuyền sản xuất có việc phân loại sản phẩm, thay việc dùng pittong đẩy cánh tay robot gắp nhả sản phẩm, hay dùng tay gạt sản phẩm Sử dụng camera vision thay cho cảm biến màu sắc nhằm tăng khả nhận diện Như áp dụng trường hợp phân loại vật dễ vỡ, cần nhẹ nhàng Còn trường hợp đồ án chúng em làm phân loại vật khó vỡ nên chúng em sử dụng pittong đẩy Với khả phát triển đề tài sử dụng ngành sản xuất cơng nghiệp nông sản 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu sách: [1] TS Nguyễn Hữu Lộc NXB: Đai Học Quốc Gia TP.HCM (2015), giáo trình sở thiết kế máy [2] Giáo trình Vi xử lý – Nguyễn Đình Phú, Trương Ngọc Anh [3] S7-1200 Programmable controller - System Manual – SIEMENS Tài liệu Internet: [1] http://arduino.vn/ [2] https://www.alldatasheet.com/datasheetpdf/pdf/43368/SHARP/PC817.html [3] http://hshop.vn/products/cam-bien-vat-can-hong-ngoai-e18-d80nk-4 [4] http://hshop.vn/products/cam-bien-vat-can-hong-ngoai-e3f-ds30c4-4 [5] http://linhkienvn.com/cam-bien-khoang-cach-e3fds30c4-530cmp583814.html [6] http://techport.vn/44/hoi-cho-giong-va-nong-nghiep-cnc-2019-giai-phapphan-loai-rau-cu-qua-sau-thu-hoach-80876.html 72 PHỤ LỤC PHẦN MỀM  CHƯƠNG TRÌNH PLC PLC Tag 73 Khai báo địa IP cho PLC Khai báo Arduino cho PLC 74 75  CODE ARDUINO #include #include #include "MgsModbus.h" #define CBHN #define S1 #define S0 #define S3 #define S2 #define sensorOut int redFrequency = 0; int greenFrequency = 0; int blueFrequency = 0; MgsModbus Mb; int inByte = 0; // incoming serial byte // Ethernet settings (depending on MAC and Local network) byte mac[] = {0x90, 0xA2, 0xDA, 0x0E, 0x94, 0xB5 }; IPAddress ip(192, 168, 0, 120); // dia chi ip module ethernet , phải chuỗi số đầu với router wifi ( 192.168.0.1) IPAddress gateway(192, 168, 0, 2); // dia chi ip cua plc s7-1200 , phải chuỗi số đầu với router wifi ( 192.168.0.1) IPAddress subnet(255, 255, 255, 0); void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(S0, OUTPUT); 76 pinMode(S1, OUTPUT); pinMode(S2, OUTPUT); pinMode(S3, OUTPUT); pinMode(sensorOut, INPUT); pinMode(CBHN, INPUT); digitalWrite(S0, HIGH); digitalWrite(S1, LOW); Ethernet.begin(mac, ip, gateway, subnet); // start etehrnet interface // slave address //Mb.remSlaveIP = (192, 168, 0, 10); // Mb.SetBit(0,false); Mb.MbData[0] = 0; Mb.MbData[1] = 0; Mb.MbData[2] = 0; Mb.MbData[3] = 0; Mb.MbData[4] = 0; Mb.MbData[5] = 0; Mb.MbData[6] = 0; Mb.MbData[7] = 0; Mb.MbData[8] = 0; Mb.MbData[9] = 0; Mb.MbData[10] = 0; Mb.MbData[11] = 0; } void loop() { Mb.MbData[0] = 5; if (digitalRead(CBHN) == 0) { Serial.println("cbhn"); 77 for (int i = 0; i < 3; i++) READ_CBM(); if (redFrequency < greenFrequency && redFrequency < blueFrequency && redFrequency < 100) { Serial.println ("Red"); Mb.MbData[0] = 1; // GUI GIA TRI LEN PLC } if (redFrequency > 100 && greenFrequency < blueFrequency) { Serial.println ("Green"); Mb.MbData[0] = 2; } if (blueFrequency < greenFrequency && blueFrequency < redFrequency) { Serial.println ("Blue"); Mb.MbData[0] = 3; } Mb.MbsRun(); //Mb.MbmRun(); } Mb.MbsRun(); } /////////////////////////// void READ_CBM() { digitalWrite(S2, LOW); digitalWrite(S3, LOW); redFrequency = pulseIn(sensorOut, LOW); Serial.print("R = "); Serial.print(redFrequency); delay(100); digitalWrite(S2, HIGH); digitalWrite(S3, HIGH); 78 greenFrequency = pulseIn(sensorOut, LOW); Serial.print(" G = "); Serial.print(greenFrequency); delay(100); digitalWrite(S2, LOW); digitalWrite(S3, HIGH); blueFrequency = pulseIn(sensorOut, LOW); Serial.print(" B = "); Serial.println(blueFrequency); delay(100); } 79 ... kết cuối mơ hình ? ?phân loại sản phẩm theo màu sắc? ?? Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng hình laptop để làm hình HMI giám sát tồn hệ thống thơng qua router WIFI Mơ hình phân loại sản phẩm. .. sống xã hội Qua tập đồ án môn học chúng em giới thi? ??u lập trình PLC ứng dụng vào sản xuất phân loại sản phẩm theo màu sắc Trên “mơ hình băng tải phân loại sản phẩm theo màu sắc? ?? Thạc sĩ Hoàng Nguyên... tài: “HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC SỬ DỤNG PLC S7 -1200” Đã có nhiều đề tài thực việc mơ hình phân loại nơng sản phân loại theo chiều cao, phân loại theo khối lượng theo kích thước