ĐỒ án CHUYÊN NGÀNH hệ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO màu sắc DÙNG PLC

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA Điện - Điện Tử ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC Người hướng dẫn: KS NGUYỄN THÀNH QUANG Người thực hiện: HỒNG ANH HỒI Lớp: 15040303 Khố: 2015-2019 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019 TỔNG LIÊN ĐỒN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC Người hướng dẫn: KS NGUYỄN THÀNH QUANG Người thực hiện: HỒNG ANH HỒI Lớp: 15040303 Khóa: 2015-2020 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hồi THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2019 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Thành Quang giảng viên hướng dẫn đồ án chuyên ngành em Nhờ hướng dẫn đưa định hướng, thầy giúp em khắc phục thiếu xót q trình thực hiện, phát triển hoàn thành tốt đồ án chuyên ngành vừa qua Từ đó, em có nhìn tổng qt chuyên ngành điều khiển tự động ứng dụng thực tế Em xin cảm ơn thầy nhiều! Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hồng Anh Hồi CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC TƠN ĐỨC THẮNG Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học KS Nguyễn Thành Quang Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, Đồ án sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung Đồ án Trường đại học Tơn Đức Thắng không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền tơi gây q trình thực (nếu có) TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Tác giả Hoàng Anh Hoài Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Chương Tổng quan đề tài .7 1.1 Giới thiệu đề tài .7 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Các đối tượng nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu .8 1.5 Dự kiến kết Chương Thiết kế thi công .8 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 2.1.1 Khối PLC .8 2.1.2 Khối xử lý 14 2.1.3 Khối thu thập liệu 19 2.1.4 Khối chấp hành .23 2.1.5 Khối giao tiếp 28 2.2 Sơ đồ nguyên lý .31 2.3 Thiết kế mơ hình 31 Chương Giải thuật điều khiển 32 3.1 Hoạt động hệ thống 32 3.2 Lưu đồ giải thuật 33 Chương Thực nghiệm 34 4.1 Tiến hành thực nghiệm 34 4.2 Kết thực nghiệm 35 Chương Kết Luận .36 5.1 Ưu điểm 36 5.2 Nhược điểm 36 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài 5.3 Hướng phát triển 36 Tài liệu tham khảo 37 Phục lục 37  Chương trình PLC .37  Chương trình khối xử lý ngôn ngữ C 39 Danh Mục Hình Vẽ Hình 2.1: SƠ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG Hình 2.2: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Hình 2.3: PHẦN MỀM Tia Portal V13 Hình 2.4: NGƠN NGỮ LAD Hình 2.5: NGƠN NGỮ FBD Hình 2.6: NGƠN NGỮ STL Hình 2.7: Adruino Mega Hình 2.8: AdruinoNano Hình 2.9: Adruino Uno Hình 2.10: Adruino Leonardo Hình 2.11: Adruino Uno R3 Hình 2.12: PHẦN MỀM Adruino IED Hình 2.13: CẢM BIẾN MÀU SẮC TCS3200 Hình 2.14: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CẢM BIẾN MÀU TCS3200 Hình 2.15: CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI E18-D80NK Hình 2.16: SƠ ĐỒ CHÂN CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI E18-D80NK Hình 2.17: BĂNG TẢI XÍCH Hình 2.18: BĂNG TẢI CON LĂN Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hồng Anh Hồi Hình 2.19: BĂNG TẢI CAO SU Hình 2.20: BĂNG TẢI XOẮN ỐC Hình 2.21: BĂNG TẢI Hình 2.22: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ BĂNG TẢI Hình 2.23: XI LANH KHÍ NÉN Hình 2.24: CÁNH TAY ROBOT Hình 2.25: ĐỘNG CƠ RC Servo SG90 Hình 2.26: MODULE RELAY OPTO KÍCH H/L 5VDC Hình 2.27: MODULE RELAY OPTO KÍCH H/L 24VDC Hình 2.28: SƠ ĐỒ NGUN LÝ HOẠT ĐỘNG RELAY OPTO KÍCH H/L Hình 2.29: SƠ ĐỒ NGUN LÝ HỆ THỐNG Hình 2.30: THI CƠNG MƠ HÌNH Hình 3.1: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT PLC Hình 4.1 THỰC NGHIỆM MƠ HÌNH DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Đặc tính kĩ thuật CPU 1214C DC/DC/DC Bảng 2.2: bảng chọn mức độ chuyển đổi dòng điện sang tần số Bảng 2.3: bảng lựa chọn lọc màu DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT A PM: Power Module B SM: Signal Module C CM: Communicate Module D CPU: Centrel Processing Unit E HMI: Human Mechine InterFace F PWM: Pulse Width Modulation Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài G I/O: Input/Output H PLC: Programmable Logic Controller Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài 1.1 Chương Tổng quan đề tài Giới thiệu đề tài Kể từ cách mạng công nghiệp 3.0 bắt đầu, khoa học công nghệ trở thành yếu tố thiết yếu lĩnh vực: công nghiệp, nông nghiệp, đời sống Sử dụng người nguồn lao động sản xuất ngày trở nên hiệu dẫn đến giảm suất với việc cung vượt cầu, khiến cho sản lượng không đủ đáp ứng cho thị trường Các dây chuyền sản suất bắt đầu phát triền ứng dụng rộng lĩnh vực sản xuất công nghiệp Dựa vào thực tiễn trên, em chọn đề tài Phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC thiết kế mơ hình băng truyền kết hợp cảm biến màu sắc để phân loại sản phẩm 1.2 Mục đích nghiên cứu Dựa vào kiến thức học từ mơn PLC, Điều khiển q trình, Mạng truyền thơng cơng nghiệp, với kiến thức em tìm hiều từ tài liệu tham khảo cảm biến màu sắc, lập trình adruino, giao tiếp adruino với PLC s7-1200 Em có đủ sở kiến thức để thực đề tài này, với niềm đam mê tìm hiểu nguyên lý hoat động dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc Vì thế, em chọn đề tài đề tài để nghiên cứu Đồ án 1.3 Các đối tượng nghiên cứu Các đối tượng nghiên cứu đồ án bao gồm: 1.4  PLC S7-1200  Module Adruino Uno R3  Cảm biến màu TCS3200  Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK  Động RC Servo SG90 Phạm vi nghiên cứu Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hồi Chỉ sử dụng phịng thí nghiệm với mục đích nghiên cứu, chiều dài băng tải 60cm, phạm vi hoạt động cảm biến màu khoảng 2cm cảm biến hồng ngoại tối đa 80cm Số lượng màu sắc xử lý 2: màu xanh dương màu đỏ 1.5 Dự kiến kết Hệ thống phân loại sản phẩm có khả nhận biết phân loại màu: đỏ xanh lục Sản phẩm sau sử lý nhận diện màu lưu chuyền băng tải phân loại qua cần gạt động Servo Cảm biến vật cảm giúp cơng đoạn phân loại sản phẩm xác Chương Thiết kế thi công 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.1 sơ đồ khối hệ thống 2.1.1 Khối PLC  Chức năng: Điều khiển bật/tắt băng truyền thơng qua ngõ I/O, nhận tín hiệu từ Adruino với trạng thái tín hiệu high low sau xử lý trả tín hiệu Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hồng Anh Hồi Hình 2.28: Sơ đồ ngun lý hoạt động Relay opto kích high/low 2.2 Sơ đồ nguyên lý Hình 2.29: sơ đồ nguyên lý hệ thống Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hồng Anh Hồi 2.3 Thiết kế mơ hình Mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc bao gồm thành phần sau:  Adruino Uno R3  PLC S7-1200 – CPU 1214C DC/DC/DC  Băng tải: dài 60cm  Cảm biến màu sắc TCS3200  Cảm biến hồng ngoại E18-D80NK  Động Servo RC SG90  Relay opto kích high/low 24VDC  Relay opto kích high/low 5VDC  Tấm mica khổ A4  Giá đựng động Servo, cảm biến màu sắc, máng trượt Hình 2.30: thi cơng mơ hình Chương Giải thuật điều khiển 3.1 Hoạt động hệ thống Khi hệ thống bắt đầu khởi động, băng tải hoạt động đưa sản phẩm qua cảm biến màu trước, cảm biến màu phân tích đưa tần số cho Adruino đọc, sau Adruno Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài kích chân tín hiệu PLC (một chân cho màu xanh dương, chân cho màu đỏ) lên mức high Relay opto 5V để truyền tín hiệu lên Sản phẩm tiếp tục qua cảm biến hồng ngoại thứ nhất, chân Out hồng ngoại truyền tín hiệu lên PLC thông qua Relay mức high Nếu sản phẩm màu đỏ, cảm biến hồng ngoại thứ phát hiện, PLC trả tín hiệu với điện áp 5v thơng qua Relay opto 24V kích chân điều khiển Servo1 Adruino lên mức high, Servo1 nhận tín hiệu cho phép gạt sản phẩm màu đỏ xuống máng Nếu sản phẩm màu xanh dương qua cảm biến hồng ngoại thứ nhất, PLC kích mức low vào chân tín hiệu ngõ điều Servo Sản phẩm màu xanh dương tiếp tục qua cảm biến hồng ngoại thứ 2, cảm biến hồng ngoại phát vật truyền tín hiệu lên PLC, PLC kích mức high vào ngõ chân điều khiển Servo trả Adruino thông qua Relay opto 24V, Adruino nhận tín hiệu kích chân điều khiển Servo Adruino lên mức high, Servo gạt màu xanh dương xuống máng 3.2 Lưu đồ giải thuật Bắt đầu Băng truyền %Q0 màu xanh dương %I0.2 Cảm biến màu màu đỏ %I0.1 Hồng ngoại cảm biến hồng ngoại1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài %I0.5 % I0.4 Servo1 Servo2 % Q0.2 %Q0.1 Kết thúc Hình 3.2: Lưu đồ giải thuật PLC Chương Thực nghiệm 4.1 Tiến hành thực nghiệm Bước 1: cấp nguồn cho Adruino 5VDC Bước 2: cấp nguồn cho PLC 220VAC, thu nguồn DC 24V Bước 3: Kết nối PLC S7-1200 với máy tính thơng qua cổng truyền thơng Ethernet Bước 4: Tải chương trình lập trình sẵn phần mềm Tia Portal V13 lên PLC tiến hành kết nối PLC với máy tính phần mềm Bước 5: Nạp Code chương trình phần mềm Adruino IED vào Adruino Bước 6: Nhấn nút nhấn I0.0 cho băng truyền chạy, giá trị lưu vào vùng nhớ %MW10 Bước 7: Cho sản phẩm màu xanh dương đỏ lên băng truyền quan sát Servo có gạt xác hay khơng Thử trường hợp: xanh – xanh, đỏ- đỏ, xanh- đỏ xanh- xanh- đỏ, đỏ-đỏ-xanh Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài Bước 8: Tắt băng truyền hệ thống 4.2 Kết thực nghiệm Hình 4.1 Thực nghiệm mơ hình  Việc kết nối PLC với máy tính PLC với Adruino thơng qua Relay opto hoạt động cách ổn định  Không thấy dấu hiệu sụt áp hay tải  Hệ thống nhận diện màu phân loại màu xác, động Servo gạt góc gạt  Các trường hợp nhận diện màu đề hệ thống đáp ứng xử lý Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài Chương Kết Luận 5.1 Ưu điểm  Mơ hình nhỏ gọn thích hợp nghiên cứu học tập  Hoạt động tốt, độ trì hỗn khơng đáng kể  Hệ thống với ý tưởng mở, dễ dàng nâng cấp phát triển với nhiều chức 5.2 Nhược điểm  Bị giới hạn số lượng sản phẩm phân loại lúc chiều rộng băng tải bị giới hạn  Chỉ dừng lại việc nhận biết màu  Mơ hình chưa tối ứu, hở nhiều dây nối chưa có tính thẩm mỹ cao  Cảm biến màu sắc dễ bị nhiễu tác động ánh sáng môi trường 5.3 Hướng phát triển  Nâng cao chất lượng cảm biến, thêm gương phản xạ chống nhiễu  Tăng diện tích băng truyền  Phát triển phần lập trình xử lý màu sắc để phát nhiều màu  Thiết kế sơ đồ nối dây hợp lý hơn, tối giản hóa dây hở  Thay động Servo xi lanh điện Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài Tài liệu tham khảo Phục lục  Chương trình PLC Hình: Network1, Network2, Network3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hồng Anh Hồi Hình: Network4 Hình: Network5, Network6 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hồng Anh Hồi Hình: Network7, Network8 Hình: PLC Tags  Chương trình khối xử lý ngơn ngữ C #include Servo handle1, handle2; Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài int s0 = 8, s1 = 9, s2 = 10, s3 = 11, led = 12, out = 13; int green = 0, blue = 0, red = 0; int color[3][6]; int deg; int c, i = ; boolean ser1, ser2; void setup() { pinMode(s0, OUTPUT); pinMode(s1, OUTPUT); pinMode(s2, OUTPUT); pinMode(s3, OUTPUT); pinMode(led, OUTPUT); pinMode(out, INPUT); pinMode(2, OUTPUT); pinMode(3, OUTPUT); pinMode(4, OUTPUT); pinMode(5, OUTPUT); pinMode(6, INPUT_PULLUP); pinMode(7, INPUT_PULLUP); digitalWrite(s1, LOW); digitalWrite(s0, HIGH); digitalWrite(led, HIGH); handle1.attach(4); Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài handle1.write(0); handle2.attach(5); handle2.write(0); Serial.begin(9600); // red color[0][0] = 380; color[0][1] = 600; //red color[0][2] = 700 ; color[0][3] = 990; //blue color[0][4] = 900; color[0][5] = 1300; //green //green color[1][0] = 60; color[1][1] = 160; //red color[1][2] = 174; color[1][3] = 184; //blue color[1][4] = 80; color[1][5] = 120; //green //blue color[2][0] = 1100; color[2][1] = 1500; //red color[2][2] = 400; color[2][3] = 850; //blue color[2][4] = 1000 ; color[2][5] = 1250; //green } Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài void setcolor() { digitalWrite(s2, LOW); digitalWrite(s3, LOW); red = pulseIn(out, HIGH); delay(20); digitalWrite(s2, LOW); digitalWrite(s3, HIGH); blue = pulseIn(out, HIGH); delay(20); digitalWrite(s2, HIGH); digitalWrite(s3, HIGH); green = pulseIn(out, HIGH); delay(20); Serial.println("red = " + (String)red + " blue = " + (String)blue + " green = " + (String)green); } int sosanh() { { if (red >= color[0][0] && red = color[0][2] && blue = color[0][4] && green = color[2][0] && red = color[2][2] && blue = color[2][4] && green 1300 && blue > 1000 && green > 1000) { digitalWrite(2, HIGH); digitalWrite(3, HIGH); Serial.println("day la mau den "); } } } void infrare() { ser1 = digitalRead(6); ser2 = digitalRead(7); if (ser1 == HIGH) { deg = (45); handle1.write(deg); Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài } else { deg = (0); handle1.write(deg); } if (ser2 == HIGH) { deg = (45); handle2.write(deg); } else { deg = (0); handle2.write(deg); } } void loop() { infrare(); setcolor(); sosanh(); delay(300); } Tiếng anh Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài [1]https://cache.industry.siemens.com/dl/files/465/36932465/att_106119/v1/ s71200_system_manual_en-US_en-US.pdf [2] https://vi.wikipedia.org/wiki/Siemens_AG [3] http://www.ee.ic.ac.uk/pcheung/teaching/DE1_EE/stores/sg90_datasheet.pdf [4] https://www.mouser.com/catalog/specsheets/TCS3200-E11.pdf [5] https://new.siemens.com/global/en.html Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài ... trình PLC Hình: Network1, Network2, Network3 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hồng Anh Hồi Hình: Network4 Hình: Network5, Network6 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC. .. Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hồng Anh Hồi Adruino Nano Hình 2.8: AdruinoNano Adruino Uno Hình 2.9: Adruino Uno Adruino Leonardo Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng. .. Modulation Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài G I/O: Input/Output H PLC: Programmable Logic Controller Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC Hoàng Anh Hoài