TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
Giớ i thi ệu đề tài
Hiện nay, ngành công nghiệp đang phát triển mạnh mẽ với việc áp dụng tự động hóa vào sản xuất, giúp quản lý dây chuyền và sản phẩm một cách hợp lý Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn tạo điều kiện quản lý dễ dàng hơn Để đáp ứng yêu cầu này, nhóm chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình “hệ thống phân loại sản phẩm theo màu”.
Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động dựa trên cảm biến màu để nhận diện màu sắc của sản phẩm Sau khi xác định màu sắc, hệ thống sử dụng vít me tƣợng trƣng cho xe chở hàng để phân loại các sản phẩm có màu sắc khác nhau và chuyển chúng đến các kho hàng đã được định sẵn.
Những l i ích mà hợ ệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể nhƣ:
Giảm bớt sức lao động và tránh sự nhàm chán trong công việc không chỉ cải thiện điều kiện làm việc mà còn giúp con người tiếp cận với những tiến bộ của khoa học kỹ thuật Điều này tạo ra một môi trường làm việc ngày càng văn minh và thuận lợi hơn cho mọi người.
Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng nhƣ thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng
Việc quản lý và giám sát trở nên dễ dàng hơn nhờ vào khả năng cải thiện điều kiện làm việc cho công nhân, đồng thời giảm thiểu số lượng công nhân cần thiết đến mức tối đa.
M ục đích của đề tài
Mục tiêu đặt ra là nghiên c u ch t o mô hình: Hứ ế ạ ệ thống phân lo i s n ph m theo ạ ả ẩ màu s c có ki u dáng nh g n, hoắ ể ỏ ọ ạt động ổn định, d dàng lễ ắp đặt
Bạn có thể dễ dàng điều chỉnh các thông số mô hình như vị trí kho hàng, tốc độ xe và phân loại theo mong muốn, đồng thời hiển thị chúng trên màn hình HMI.
Phươ ng pháp th c hi ự ện đề tài
Áp dụng các ki n thế ức đã h c đọ ể xây d ng mô hình th c nghi m, c ự ự ệ ụthể:
- Tìm ki m tài li u qua sách v , m ng xã hế ệ ở ạ ội, hỏi người có chuyên môn;
- Tiến hành l p m ch và test mô hình trắ ạ ực tiếp dưới sự góp ý c a giáo viên ủ hướng dẫn.
Ph ạm vi đề tài
Hệ thống phân loại sản phẩm đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu, đặc biệt trong các nhà máy xí nghiệp với nhiều hệ thống hoàn thiện về chất lượng và thẩm mỹ Tuy nhiên, trong phạm vi một đồ án môn học, đề tài này chỉ được giới hạn giải quyết một số vấn đề cụ thể.
- Hệ thống điều khi n: PLC, Aể rduino
- Cơ cấu phân loạ ải s n phẩm: điểu khiển vị trí dựa vào động cơ bước.
BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH
B ộ điề u khi n 3 ể 2.2 Khố i ngõ vào (Khối xử lí tín hiệ u màu)
6ES7215-1AG40-0XB0 PLC S7-1200 CPU 1212C, DC/DC/DC –
Hình 2.1 PLC S7-1200 CPU 1212C, DC/DC/DC
Bộ điều khiển mở rộng từ S7 với phương án mở rộng linh hoạt:
+ 1 bo mạch tín hiệu (SB) và 1 bo mạch truyền thông (CB)
+ 8 mô đun tín hiệu (SM)
+ Có thể có lớn nhất 3 modun truyền thông (CM)
+ Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) đƣợc tích hợp sẵn:
Dùng để kết nối máy tính, với màn hình HMI hay truyền thông PLC- PLC
Dùng kết nối với các thiết bị khác có hỗ trợ chuẩn Ethernet mở
Đầu nối RJ45 với tính năng tự động chuyển đổi đấu chéo
Hỗ trợ 16 kết nối ethernet
TCP/IP, ISO on TCP, và S7 protocol
- Các tính năng về đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình:
+ 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ng dứ ụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz
+ 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khi n tể ốc độ và vị trí động cơ bước hay b ộ lái servo (servo drive)
+ Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…
+ 16 bộ điều khi n PID vể ới tính năng tự động xác định thông số điểu khi n ể (auto-tune functionality)
2.2.Khối ngõ vào (Khối xửlí tín hiệu màu) a Arduino UNO R3 SMD
+ Số chân Digital: 14 (h ỗtrợ 6 chân PWM)
+ Dòng ra trên chân Digital: Max 40mA
EEPROM: 1KB + Tốc độ x lý: 16MHz ử
Tính năng và ứng dụng:
Arduino hoạt động như một máy tính nhỏ, cho phép lập trình và tương tác với môi trường xung quanh thông qua các cảm biến điện tử, đèn LED và động cơ.
Arduino hiện nay đang trở thành công cụ phổ biến trong lĩnh vực điện tử, được ứng dụng rộng rãi trong việc chế tạo robot, máy bay không người lái và các hệ thống điều khiển đơn giản như đèn và động cơ.
Chức năng của hệ thống bao gồm việc nhận và phân tích tín hiệu từ cảm biến màu Hệ thống sẽ nhận biết màu sắc của sản phẩm và xuất tín hiệu điều khiển đến module relay.
- Điện áp nuôi m ch: 5 V/DC ạ
- Dòng tiêu thụ: 200mA/ 1 relay
- Relay trên mạch: đóng ngắt max: 250V/AC- 10A ho c 30V/DC-10A ặ
Chức năng của mạch là nhận tín hiệu kích hoạt từ Arduino R3 SMD và sau đó điều khiển việc đóng ngắt dòng điện 24V/DC vào INPUT của PLC Bên cạnh đó, mạch còn sử dụng cảm biến màu sắc TCS34725 để phát hiện và phân tích màu sắc.
Hình 2 4 Cảm biến màu s c TCS34725 ắ
+ Điện áp sử ụ d ng: 3~5V/DC
+ Giải màu sắc đo: RGB 0~255
Cảm biến màu TCS34725 có chức năng nhận diện màu sắc của sản phẩm bằng cách đo độ phản xạ của ba màu cơ bản: đỏ, xanh lá và xanh dương Sau khi thực hiện đo lường, cảm biến sẽ truyền tín hiệu đến Arduino để xử lý.
Khố i ngõ ra
2.3.1 Khối điều khiển động cơ bước
+ Module điều khiển động cơ bước TB6560 là module chuyên dùng điều khiển động cơ bước lưỡng cực
+ Module có các chế độ full bước, nửa bước và vi bước.
+ Phương pháp điều kiển đơn giản, chọn dòng ra từ 0.3A đến 3A
+ Tích hợp opto cách ly 6N137 tốc độ cao cách ly tín hiệu điều ki n vể ới board điều khiển, an toàn và chống nhiễu
+ TB6560 có tản nhi t nhôm l n, t n nhi t hi u qu ệ ớ ả ệ ệ ả
+ Thích hợp với động cơ bước 43, 57, 86,
+ Có công t c setup dòng tắ ải tối đa 3A
+ Có công t c setắ up vi bước 1:1, 1:2, 1:8, 1:16
+ Có công tắc đểcài vị trí luôn cố định
+ Sử dụng đơn giản, c p ngu n, thông sấ ồ ố morto và xung điều ki n ể
+ Modul TB6560 sử d ng ngu n c p 12V-DC hoụ ồ ấ ặc 24V-DC cấp cho động cơ bước hoạt động
+ Tạo ra điện áp 5V-DC cấp cho các khối còn lại
+ Cách ly tín hiệu điều khi n v i khể ớ ối Driver động cơ.
- Khối tín hiệu điều khiển:
+ Gồm 6 chân: EN-, EN+, CW-, CW+, CLK-, CLK+
+ EN-, EN+: Tín hi u cho phép/không cho phép modul hoệ ạt động + CW-, CW+: Tín hiệu điều khi n chi u quay cể ề ủa động cơ.
+ CLK-, CLK+: Tín hiệu xung điều khiển bước quay động cơ.
+ Với thiết kế 2 chân điều khi n 1 chể ức năng nhƣ thế này, modul TB6560 cho phép người dùng tùy chọn tín hiệu điều khiển là 0 hoặc 1
+ Ví dụ khi n i các chân EN+, CW+, CLK+ lên +5V-ố DC thì ta sẽ đƣa tín hiệu điều khiển 0V vào các chân EN-, CW-, CLK-
+ Gồm các switch cho phép người dùng thiết lập các ch tùy chế độ ọn như: Chọn dòng điện chạy qua động cơ, điều chỉnh độ ộng góc bướ r c
+ Sử dụng IC TB6560 điều khi n hoể ạt động cử động cơ bước
+ Gồm 4 chân: A+, A-, B+, B- cho phép k t n i vế ố ới 4 đầu dây của động cơ
Hình 2 6 Sơ đồ đấu dây Động cơ bước với Module TB6560 3A
Bước Góc 1.8 o 5% Điện Trở 500VDC/100MΩ/Min
Bền điện môi 50Hz/minute | 500V/Min
Moment xoắn tĩnh tối đa 2,5 (Kg.cm)
Kích thước trục 34 mm Đường kính trục 12,7/14 mm (tùy ch n) vọ ới rãnh then
Dây Dây màu đỏ -A, Dây màu vàng –B
Dây màu xanh lá cây –C, Dây màu xanh dương -D
Bảng 2 1 Thông s c a ố ủ Động cơ bước
+ Điện áp sử ụ d ng: 24V/DC
+ Màu sắc: đỏ, xanh vàng
Chức năng trong hệ thống: Báo hi u màu sệ ắc và điểm kho.
THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
Mô hình t ng th 11 ổ ể 3.2 Thiết kế và thi công mô hình
Hình 3 1 Mô hình t ng th ổ ể
3.2.Thiết kế và thi công mô hình
STT Tên thiết bị Hình ảnh
Bảng 3 1 Các thiết bị ử ụng trong đồ s d án
3.3.Sơ đồ tổng thể và sơ đồ đấu dây a Sơ đồ khối tổng thể
Khối xử lý tín hiệu màu đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển động cơ bước, với các đèn báo kho và đèn báo phân loại màu giúp nhận diện trạng thái hoạt động Sơ đồ nối dây tổng thể, sơ đồ đấu dây PLC, và sơ đồ đấu driver cùng động cơ bước là những yếu tố thiết yếu để đảm bảo sự kết nối và hoạt động hiệu quả Các sơ đồ đấu dây này cung cấp hướng dẫn rõ ràng cho việc lắp đặt và vận hành hệ thống.
3.4.Giải thuật điều khiển và chương trình a Lưu đồ điều khiển của h ệthống:
Trở về v trí nhận hàng ị Tọa độ 0
Chạy đến vị trí cảm biến nh n bi t màu ậ ế
Cảm bi n nh n ế ậ biết hàng màu xanh
Cảm bi n nh n ế ậ biết hàng màu vàng
Cảm bi n nh n ế ậ biết hàng màu đỏ Đến v trí kho ị hàng màu vàng Đến v trí kho ị hàng màu xanh Đến v trí kho ị hàng màu đỏ
Hoàn thành chuyển hàng vào kho b Các biến khai báo
Các biến đƣợc khai báo trong IOTags:
Các biến đƣợc khai báo trong Data_block:
Thiết kế giao di n HMI ệ
Giải thuật điề u khi ển và chương trình
a Lưu đồ điều khiển của h ệthống:
Trở về v trí nhận hàng ị Tọa độ 0
Chạy đến vị trí cảm biến nh n bi t màu ậ ế
Cảm bi n nh n ế ậ biết hàng màu xanh
Cảm bi n nh n ế ậ biết hàng màu vàng
Cảm bi n nh n ế ậ biết hàng màu đỏ Đến v trí kho ị hàng màu vàng Đến v trí kho ị hàng màu xanh Đến v trí kho ị hàng màu đỏ
Hoàn thành chuyển hàng vào kho b Các biến khai báo
Các biến đƣợc khai báo trong IOTags:
Các biến đƣợc khai báo trong Data_block:
Thiết kế giao di n HMI ệ
