XÂY DỰNG HỆ THỐNG
TỔNG QUAN HỆ THỐNG
2.1.1 Tổng quan về dây chuyền phân loại sản phẩm
Dây chuyền là một hình thức tổ chức sản xuất trong đó các bộ phận thiết bị được thực hiện kế tiếp nhau theo một trình tự đặt trước.
Dây chuyền phân loại sản phẩm là hệ thống tự động hóa giúp phân loại sản phẩm theo yêu cầu cụ thể Hiện nay, có nhiều loại hệ thống phân loại như phân loại theo kích thước, khối lượng, vật liệu, màu sắc và mã vạch Trong bài viết này, tôi sẽ tập trung vào hệ thống phân loại sản phẩm dựa trên kích thước, cụ thể là chiều cao.
2.1.2 Sự phát triển của hệ thống phân loại sản phẩm
Từ xa xưa, con người đã phân loại sản phẩm để phục vụ cho sinh hoạt và giao dịch hàng hóa, nhưng chủ yếu dựa vào sức lao động thủ công Khi nền kinh tế phát triển và khoa học kỹ thuật bùng nổ, con người đã áp dụng công nghệ vào sản xuất, dẫn đến việc máy móc dần thay thế sức lao động Điều này đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các hình thức phân loại sản phẩm.
Phân loại sản phẩm là một vấn đề quan trọng và đang được áp dụng rộng rãi trong thực tế Công việc này yêu cầu sự tập trung cao và tính lặp lại, khiến công nhân khó đảm bảo độ chính xác Thêm vào đó, một số sản phẩm cần phân loại dựa trên những chi tiết rất nhỏ mà mắt thường khó nhận thấy, điều này có thể ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất.
Hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời để đáp ứng nhu cầu cấp bách trong việc phân loại hàng hóa Tùy thuộc vào mức độ phức tạp của yêu cầu, hệ thống phân loại có thể được thiết kế với quy mô lớn hoặc nhỏ khác nhau.
2.1.3 Các hệ thống phân loại sản phẩm trong công nghiệp hiện nay
Tùy vào yêu cầu của nhà sản xuất và đối tượng cần phân loại là gì mà ta sẽ có những hệ thống phân loại khác nhau như:
Phân loại sản phẩm theo kích thước ở Intech
Hình 1: Băng tải phân loại sản phẩm theo kích thước ở Intech
Phân loại bưu phẩm theo khối lượng ở Viettel Post
Hình 2: Băng tải phân loại sản phẩm theo khối lượng ở Viettel Post
Phân loại cà chua theo màu sắc
Hình 3: Băng tải phân loại cà chua theo màu sắc
Phân loại bưu phẩm theo mã vạch và khối lượng ở LAZADA
Hình 4: Hệ thống phân loại bưu phẩm ở LAZADA.
CẤU TRÚC CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐÓNG GÓI SẢN PHẨM
Hình 5: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống
Khối nguồn: nhiệm vụ cấp nguồn hoạt động cho các khối: cảm biến, xử lý trung tâm, cơ cấu chấp hành và khối hiển thị.
Khối cảm biến: thu thập tín hiệu và chuyển đổi tín hiệu đó thành tín hiệu điện áp để gửi về khối xử lý trung tâm.
Khối khuếch đại tín hiệu đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường giá trị tín hiệu thu được, vì tín hiệu ban đầu thường rất nhỏ Nhờ vào khối này, tín hiệu được khuếch đại đến mức đủ lớn để khối xử lý trung tâm có thể nhận diện và tiến hành xử lý hiệu quả.
Khối xử lý trung tâm nhận tín hiệu từ khối cảm biến và chuyển đổi thành tín hiệu mà PLC S7-1200 có thể hiểu Sau đó, nó thực hiện tính toán theo chương trình đã lập trình sẵn để xuất kết quả và hiển thị Đồng thời, khối này cũng điều khiển động cơ giảm tốc của băng tải, đưa sản phẩm đến tay gạt phân loại sản phẩm.
Khối cơ cấu chấp hành hoạt động dựa trên tín hiệu từ khối xử lý trung tâm, điều khiển động cơ giảm tốc của băng tải phân loại sản phẩm và băng tải con lăn Đồng thời, nó cũng kích hoạt động cơ của tay gạt sản phẩm, giúp phân loại chính xác các loại sản phẩm.
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
Nhấn nút START băng tải 1 (Main 1) bắt đầu chạy, đèn báo trạng thái bật của nút START là đèn màu xanh lá cây sẽ sáng
Main 1 sẽ dừng lại khi nhấn nút STOP và đèn báo trạng thái bật của nút STOP là đèn màu đỏ sẽ sáng
Khi xảy ra sự cố khẩn cấp, hãy nhấn nút EMERGENCY STOP (E-stop) để dừng toàn bộ hệ thống hoạt động ngay lập tức Đồng thời, đèn cảnh báo trên tủ điều khiển sẽ tự động sáng lên.
Để reset lại toàn bộ hệ thống, ta sẽ nhấn nút RESET khi đó đèn trạng thái bật của nút này là đèn màu vàng sẽ sáng.
Phân loại sản phẩm lỗi:
Khi băng tải 1 hoạt động, sản phẩm sẽ được chuyển đến đầu vào của băng tải Tại đây, hai cảm biến quang (CB1 và CB2) sẽ kiểm tra độ cao của sản phẩm Nếu sản phẩm đạt yêu cầu chiều cao, cả hai cảm biến CB1 và CB2 sẽ được kích hoạt, cho phép sản phẩm không bị lỗi tiếp tục được đưa đến khâu tiếp theo.
Sản phẩm có mức thấp chỉ tác động lên CB1 sẽ bị coi là sản phẩm lỗi và bị loại bỏ Tín hiệu từ CB1 được lưu lại và sau một khoảng thời gian delay, chân điều khiển Pusher sẽ được thiết lập lên mức 1 để đẩy sản phẩm lỗi ra ngoài Sau khi hoàn tất quá trình đẩy, Pusher sẽ được reset về mức 0 để trở về vị trí ban đầu, sẵn sàng chờ đợi để xử lý sản phẩm lỗi tiếp theo.
Phân loại sản phẩm nhỏ:
Sản phẩm không bị lỗi được băng tải đưa vào khâu xử lý tiếp theo
Lưu ý: Ở cuối Main 1 có đặt một cảm biến quang phát hiện vật để khi có sản phẩm qua nó thì mới kích hoạt băng tải 2 ( Main 2 ) chạy
Tại giai đoạn này, sản phẩm được phát hiện thông qua hai cảm biến quang CB3 và CB4 Những sản phẩm có chiều cao tác động lên cả hai cảm biến sẽ được chuyển đến bước tiếp theo, trong khi những sản phẩm chỉ tác động lên CB3 mà không tác động lên CB4 sẽ được phân loại là sản phẩm nhỏ và xử lý tại đây.
Sau một thời gian trì hoãn, hệ thống sẽ điều chỉnh chân điều khiển của thanh gạt lên mức 1 để chuyển sản phẩm sang băng tải phân loại sản phẩm nhỏ Sau khi hoàn tất việc gạt sản phẩm nhỏ, hệ thống sẽ thực hiện một lần nữa quá trình trì hoãn và thiết lập chân điều khiển của thanh gạt về mức 0.
Phân loại sản phẩm lớn
Quy trình phân loại sản phẩm lớn tương tự như phân loại sản phẩm nhỏ, trong đó sản phẩm lớn sẽ được chuyển đến bước tiếp theo để phân loại và thanh gạt, sau đó sẽ được đưa qua băng tải phân loại sản phẩm lớn.
Đếm và đóng gói sản phẩm nhỏ, lớn:
Cuối mỗi băng tải phân loại sản phẩm, cả sản phẩm nhỏ lẫn lớn đều được trang bị cảm biến để đếm số lượng sản phẩm đi qua Thông tin này sẽ được hiển thị trên một màn hình LCD được lắp đặt ở cuối băng tải.
Băng tải con lăn sẽ đưa Pallet đến vị trí rơi của sản phẩm để đóng gói Khi sản phẩm đến vị trí rơi, cảm biến được lắp đặt sẵn sẽ phát hiện và kích hoạt dừng băng tải, cho phép sản phẩm rơi xuống Pallet.
Khi đếm đủ 5 sản phẩm thì cho băng tải con lăn tiếp tục hoạt động đưa Pallet tiếp theo vào và tiếp tục thực hiện quy trình
Hệ thống hoạt động liên tục theo chu kỳ cho đến khi người vận hành nhấn nút STOP để dừng lại Trong trường hợp khẩn cấp, người dùng có thể nhấn nút E-stop để tạm ngừng toàn bộ hệ thống ngay lập tức.
GIỚI THIỆU VỀ S7 – 1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội:
S7-1200 là dòng bộ điều khiển logic lập trình (PLC) lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa nhờ thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và khả năng lập trình mạnh mẽ Những đặc điểm này giúp cung cấp giải pháp tối ưu cho các nhu cầu tự động hóa sử dụng S7-1200.
S7-1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra (DI/DO)
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cập vào PLC
Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình
S7-1200 được trang bị cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP, cùng với khả năng mở rộng kết nối thông qua các module truyền thông RS485 hoặc RS232.
Phần mềm Step7 Basic được sử dụng để lập trình cho S7-1200, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình chính là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal V15 của Siemens, mang lại sự tiện lợi cho người dùng trong quá trình lập trình và quản lý hệ thống.
Để thực hiện một dự án với S7-1200, bạn chỉ cần cài đặt TIA Portal, vì phần mềm này tích hợp cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
Hình 6: Sự khác biệt giữa PLC S7 – 200 và PLC S7 – 1200 của Siemens
Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau bao gồm (module SM và SB)
2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC
Hình 7: Cấu tạo của bộ điều khiển S7 – 1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau….
2.3.2 Các dòng chính của PLC S7 – 1200
S7 - 1200 có 5 dòng là CPU 1211C, CPU 1212C và CPU 1214C, CPU 1215C, CPU 1217C.
PLC S7 - 1200 CPU 1211C có bộ nhớ làm việc 50KB work memory
PLC S7-1200 CPU 1212C có bộ nhớ làm việc 75KB work memory.
PLC S7-1200 CPU 1214C có bộ nhớ làm việc 100KB work memory.
PLC S7-1200 CPU 1215C có bộ nhớ làm việc 125KB work memory.
PLC S7-1200 CPU 1217C có bộ nhớ làm việc 150KB work memory.
Bảng 1: Các dòng chính của PLC S7-1200
Làm việc 50 KB 75 KB 100 KB 125 KB 150 KB
Digital 6DI–4DO 8DI–6DO 14DI–10DO
Module tín hiệu mở rộng 0 2 8
Module truyền thông 3 (Mở rộng về bên trái)
Profinet 1 cổng truyền thông Ethernet 2 cổng truyền thông
Ethernet Tốc độ thực thi tính toán toán học 2.3 μ s/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean 0.08 μ s/lệnh
2.3.3 Tính năng nổi bật của S7 - 1200
Cổng truyền thông Profinet (Ethernet) được 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 ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz.
Bài viết đề cập đến việc sử dụng 2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí của động cơ bước hoặc bộ lái servo Ngõ ra này cung cấp tín hiệu điều rộng xung PWM, cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ, vị trí van và kiểm soát nhiệt độ hiệu quả.
16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điểu khiển (auto- tune functionality)
Mở rộng tín hiệu vào/ra một cách hiệu quả bằng cách sử dụng board tín hiệu mở rộng gắn trực tiếp phía trước CPU, giúp nâng cao khả năng kết nối mà không làm thay đổi kích thước của hệ điều khiển.
Mỗi CPU có thể kết nối tối đa 8 module mở rộng tín hiệu vào/ra
Ngõ vào analog 0-10V được tích hợp trên CPU
3 module truyền thông có thể kết nối vào CPU mở rộng khả năng truyền thông, ví dụ module RS232 hay RS485
Card nhớ SIMATIC, dùng khi cần rộng bộ nhớ cho CPU, copy chương trình ứng dụng hay khi cập nhật firmware
Chẩn đoán lỗi online / offline
TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ CHO ĐỀ TÀI
Yêu cầu của hệ thống như sau:
Hệ số ma sát = 0,1 (Hệ số ma sát lúc bắt đầu = 0,15)
Khối lượng truyền tải W = 45 Kg ( 3x15 Kg)
Tốc độ truyền tải băng chuyền V = 0,6 m/s = 36 m/phút
⇒ tốc độ tại trục động cơ: vòng/phút
Tốc độ động cơ: Nmin = 1,3 đến Nmax = 500 vòng/phút
2.4.1.1 Giới thiệu về băng tải
Băng tải là thiết bị phổ biến trong việc di chuyển vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và nghiêng Chúng được sử dụng rộng rãi trong các dây chuyền sản xuất để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong ngành luyện kim để chuyển quặng, và tại các trạm thủy điện để vận chuyển nhiên liệu như than đá và xỉ lò.
Trong các kho bãi, việc vận chuyển hàng bưu kiện, vật liệu hạt và các sản phẩm khác là rất quan trọng Các ngành công nghiệp nhẹ, thực phẩm và hóa chất thường sử dụng hệ thống này để di chuyển sản phẩm hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn và phân xưởng, đồng thời giúp loại bỏ các sản phẩm không còn sử dụng được.
Hình 8: Hình ảnh băng tải trong công nghiệp
2.4.1.2 Một số loại băng tải trong công nghiệp
Băng chuyền có nhiều loại khác nhau, mỗi loại được thiết kế để vận chuyển các loại vật liệu riêng biệt Việc lựa chọn băng chuyền phù hợp phụ thuộc vào mục đích sử dụng và loại vật liệu cần tải.
Băng tải cao su: Chịu nhiệt, sức tải lớn.
Băng tải xích: Khá tốt trong ứng dụng tải dạng chai, sản phẩm cần độ vững chắc.
Băng tải đứng: vận chuyển hàng hóa theo phương hướng lên thẳng đứng
Băng tải PVC: Tải nhẹ và thông dụng với kinh tế
Băng tải góc cong: chuyển hướng sản phẩm 30 đến 180 độ
Hình 9: Một số loại băng tải trong công nghiệp
2.4.1.3 Phương án lựa chọn băng tải
Trong hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thước, băng tải đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp sản phẩm để phân loại Với yêu cầu sử dụng các thùng rời, băng tải PVC được lựa chọn là giải pháp tối ưu Việc sử dụng băng tải PVC mang lại nhiều ưu điểm cho hệ thống phân loại.
Sản phẩm được dẫn trực tiếp trên băng tải
Tải trọng của băng tải không cần lớn
Thiết kế dễ dàng, dễ thi công
Vật liệu dễ tìm, giá thành rẻ, thường được sản xuất kèm động cơ.
Do đó, chọn băng tải PVC GUF-P 2000 AC của hãng MK Technology Group với các thông số kỹ thuật:
Chiều dài: 6000 mm và 4000 mm
Đường kính con lăn chính: 53 mm
Tổng khối lượng tải: nhỏ hơn 75 Kg
Tốc độ truyền tải: lên đến 80 m/s
Hình 10: Kích thước của băng tải GUF-P 2000 AC
Sau khi phân loại sản phẩm, việc đóng gói sản phẩm để lưu kho hoặc xuất kho là rất quan trọng Để thực hiện điều này, băng tải con lăn là một giải pháp hiệu quả Cụ thể, nếu mỗi thùng chứa 5 sản phẩm và có 3 thùng trên băng tải cùng lúc, tổng khối lượng sẽ được tính toán là: m load roller conveyor = 5 x 3 x 15 = 225 kg.
⇒ Chọn băng tải con lăn RBS-P 2065/2066 của hãng MK Technology Group với các thông số sau:
Đường kính con lăn chính: 50 mm
Tổng khối lượng tải: nhỏ hơn 400 Kg
Tốc độ truyền tải: lên đến 30 m/s
2.4.2 Lựa chọn động cơ cho băng tải
Để lựa chọn động cơ phù hợp, cần tính toán công suất truyền động cần thiết và mô men tải Sau đó, chọn động cơ có công suất lớn hơn hoặc bằng công suất đã tính toán Đồng thời, cần đảm bảo mô men định mức của động cơ lớn hơn hoặc bằng mô men tải để đảm bảo hiệu suất hoạt động.
2.4.2.1 Lựa chọn động cơ cho băng tải PVC a) Xác định công suất truyền động và mô men tải
Công suất truyền động yêu cầu PLR kW
Mô men xoắn của tải tại đầu trục động cơ TLR
N.m b) Lựa chọn công suất động cơ ( dự kiến )
Vì công suất truyền động cần thiết là 0,0311 kW nên ta chọn công suất cho động cơ là 0,2 kW
⇒ Chọn Động cơ giảm tốc Mitsubishi GM-S 0,2kW 4P 380V.
Mô men xoắn định mức của động cơ:
Kiểm tra lại công suất động cơ
Điều kiện: Mô men định mức TM > Mô men tải TLR
Theo như lựa chọn trên, TM = 3,82 Nm > TLR = 0,99 Nm ⇒ Thoả c) Đánh giá quá trình khởi động
Mô men khởi động của động cơ:
TMS : Mô men khởi động lớn nhất của động cơ (N.m)
: Hệ số mô ment khởi động tối đa (Chọn dựa theo tài liệu TECHNICAL NOTE No.30 của Mitsubishi)
: Hệ số phát nóng (Chọn dựa theo tài liệu TECHNICAL NOTE No.30 của Mitsubishi)
Mô men tải lúc khởi động:
Vì TMS = 2,59 > TLS = 1,49 ⇒ Thoả d) Đánh giá quá trình vận hành liên tục
Mô men động cơ hoạt động liên tục ở 300 vòng/phút (50Hz)
Với = 1 là hệ số mô men xoắn liên tục (50Hz)
2.4.2.2 Lựa chọn động cơ cho băng tải con lăn a) Xác định công suất truyền động và mô men tải
Công suất truyền động yêu cầu PLR kW
Mô men xoắn của tải tại đầu trục động cơ TLR
N.m b) Lựa chọn công suất động cơ (dự kiến)
Vì công suất truyền động cần thiết là 0,104 kW, nên động cơ được chọn có công suất 0,4 kW Nếu chọn công suất 0,1 kW hoặc 0,2 kW, mô men khởi động của động cơ sẽ không đủ lớn để vượt qua mô men của tải quy về trục động cơ.
⇒ Động cơ giảm tốc Mitsubishi GM-S 0,4kW 4P 380V.
Mô men xoắn định mức của động cơ:
Kiểm tra lại công suất động cơ
Điều kiện: Mô men định mức TM > Mô men tải TLR
Theo như lựa chọn trên, TM = 7,64 Nm > TLR = 3,31 Nm ⇒ Thoả c) Đánh giá quá trình khởi động
Mô men khởi động của động cơ:
TMS : Mô men khởi động lớn nhất của động cơ (N.m)
: Hệ số mô ment khởi động tối đa (Chọn dựa theo tài liệu TECHNICAL NOTE No.30 của Mitsubishi)
: Hệ số phát nóng (Chọn dựa theo tài liệu TECHNICAL NOTE No.30 của Mitsubishi)
Mô men tải lúc khởi động:
Vì TMS = 5,2 > TLS = 4,95 ⇒ Thoả d) Đánh giá quá trình vận hành liên tục
Mô men động cơ hoạt động liên tục ở 300 vòng/phút (50Hz)
Với = 1 là hệ số mô men xoắn liên tục (50Hz)
Yêu cầu cần phát hiện vật theo chiều cao và chiều rộng nên chọn cảm biến quang khuếch tán E3AS-F1500IMN 2M của hãng Omrom có các đặc điểm sau:
Phát hiện đáng tin cậy các phôi có bề mặt gồ ghề.
Sử dụng công nghệ TOF ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi màu sắc, cung cấp khả năng phát hiện ổn định.
Phương pháp TOF (Time of Flight) đo khoảng cách dựa trên thời gian thay vì lượng ánh sáng phản xạ, giúp phép đo không bị ảnh hưởng bởi màu sắc hay chất liệu của phôi Điều này cho phép phát hiện các phôi có độ phản xạ thấp, như cao su đen, từ cùng một khoảng cách.
Hình 11: Phương pháp TOF phát hiện vật có độ phản xạ khác nhau
Thông số của cảm biến E3AS - F1500IMN 2M:
Công suất tiêu thụ tối đa: 1080 mW (dòng tiêu thụ 45 mA ở 24 VDC)
Khoảng cách phát hiện: 100 - 1500 mm
Hình 12: Cảm biến quang E3AS - F1500IMN 2M
Hình 13: Sơ đồ kết nối cảm biến E3AS – FS1500IMN 2M
2.4.4 Lựa chọn xi lanh khí nén
2.4.4.1 Chọn xi lanh khí nén
Để lựa chọn xi lanh có thể đẩy được vật cần phân loại, ta cần tính toán lực đẩy và lực kéo của xi lanh.
Với D: Đường kính của xi lanh (mm) d: Đường kính thanh piston (mm)
F: Lực đẩy hoặc lực kéo xi lanh (N)
Theo yêu cầu tải trọng đáp ứng là Fw = 15.9,8 = 147 N
Kết hợp bảng hướng dẫn chọn thông số xi lanh của IMI Norgen.
⇒ Chọn xi lanh RM/8020/M/250 của IMI Norgen có D = 20 mm và d = 8 mm với áp suất khí nén của máy khí nén thông dụng P = 6 Bar.
Bảng 2: Bảng chọn thông số xi lanh IMI Norgen
Tiến hành kiểm tra lại các thông số vừa chọn dựa trên công thức:
Lực đẩy xi lanh N ¿ Fw = 147 N
Lực kéo xi lanh N ¿ Fw = 147 N
2.4.4.2 Chọn van điện từ khí nén
Bảng 3: Bảng chọn thông số van điện từ IMI Norgen
Dựa vào bảng trên, chọn van V60A417A-A2000 có thông số như sau:
Hình 15: Van điện từ khí nén V60A417A – A2000
2.4.5 Lựa chọn Linear Arm Sorter
Bảng 4: Hướng dẫn lựa chọn Linear Arm Sorter của FALCON AUTOTECH
Dựa vào bảng trên, chọn cánh tay phân loại sản phẩm Linear Arm Sorter XL của hãng FALCON AUTOTECH với các đặc điểm sau:
Kích thước sản phẩm tối thiểu: 150x50x50
Kích thước sản phẩm tối đa: 800x50x600
Tần suất sản phẩm mỗi giờ: lên đến 1800 sản phẩm
Khối lượng tối đa: lên đến 20Kg
Hình 16: Linear Arm Sorter XL.
LẬP BẢNG THỐNG KÊ CÁC THIẾT BỊ CỦA ĐỀ TÀI
Bảng 5: Bảng báo giá thiết bị của hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm
7 Động cơ giảm tốc GM - S Cái
TRIỂN KHAI TRÊN PHẦN MỀM TIA PORTAL V15.1 VÀ FACTORY I/O
Sơ lược về phần mềm Tia Portal
Phần mềm Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal), ra mắt lần đầu vào năm 1996 bởi Siemens, đã tạo ra bước đột phá lớn khi tích hợp tất cả công cụ vào một phần mềm duy nhất TIA Portal hỗ trợ thiết kế, thử nghiệm, vận hành và duy trì hệ thống tự động hóa, giúp tiết kiệm thời gian, chi phí và công sức cho kỹ sư SIMATIC STEP 7 (TIA Portal) là phần mềm phổ biến trong tự động hóa công nghiệp, với giao diện thân thiện, phù hợp cho cả người mới và chuyên gia Phần mềm này cho phép người dùng dễ dàng cấu hình, lập trình, thử nghiệm và chẩn đoán các bộ điều khiển PLC và module HMI của Siemens.
Cách tạo một project mới trên Tia Portal v15.1
3.1.2.1 Dowload phần mềm Tia Portal v15.1
Bước 1: Nhấp chuột vào đường link: https://ngocautomation.com/huong-dan-cai- tia-v15-1-full-crack/ để tải về đầy đủ file cài đặt phần mềm Tia Portal v15.1
Bước 2: Sau khi đã tải về tiến hành cài đặt như video đã hướng dẫn có trong đường link trên.
Cài đặt file EKB để có thể dùng miễn phí phần mềm Tia Portal v15.1
Bước 3: Nháy đúp chuột vào biểu tượng phần mềm Tia Portal v15.1 trên màn hình chính để tiến hành lập trình.
3.1.2.2 Tạo một Project mới trên Tia Portal v15.1
Bước 1: Nháy đúp chuột vào biểu tượng phần mềm Tia Portal v15.1 trên màn hình desktop.
Bước 2: Tạo một project mới bằng cách Chọn Create new project
Hình 17: Tạo tên và đường dẫn lưu project mới trên Tia Portal v15.1
Sau đó đặt tên cho project tại mục Project name.
Nhấn dấu 3 chấm tại mục Path để chọn vị trí lưu của project
Sau khi đã hoàn thành, ta nhấn Create để tạo project.
Bước 4: Chọn Add new device ⇒ Controllers ⇒ SIMATIC S7-1200 ⇒ CPU ⇒
Chọn CPU phù hợp với nhu cầu sử dụng ⇒ Add.
Hình 19: Lựa chọn CPU cho PLC
Bước 5: Một Project mới đã xuất hiện.
Chọn Program blocks trong mục PLC_1 [Unspecific CPU 1200]
Nháy đúp chuột vào Main [OB1] để vào giao diện viết chương trình
Hoặc chọn Add new block để chọn Function, Function block hay Data block
Hình 20: Giao diện CPU của PLC được chọn
Hình 21: Chọn Add new block để chọn các khối lập trình
Hình 22: Giao diện của Add new block
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG FACTORY I/O
3.2.1 Giới thiệu chung về phần mềm Factory I/O
Factory IO là phần mềm mô phỏng 3D hiện đại và trực quan, cho phép người dùng dễ dàng tạo dựng nhà máy ảo bằng các bộ phận công nghiệp phổ biến Phần mềm này hỗ trợ mô phỏng quy trình chuyên nghiệp với nhiều hãng PLC và thư viện đa dạng, mang lại trải nghiệm gần gũi với thực tế Nhiều ứng dụng đã sử dụng Factory IO để mô phỏng trước khi triển khai thực tế, giúp nâng cao hiệu quả và đáp ứng nhu cầu xây dựng hệ thống như trong môi trường thực.
Factory I/O là nền tảng đào tạo PLC phổ biến nhất, nhờ vào việc PLC là bộ điều khiển được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp Bên cạnh đó, Factory I/O còn tương thích với vi điều khiển, SoftPLC, Modbus và nhiều công nghệ khác.
3.2.2 Cài đặt phần mềm mô phỏng Factory I/O
To access a 30-day free trial of Factory I/O, visit the website https://factoryio.com/ and select "Try for free." Please note that after the 30 days, the trial will no longer be available, and you will need to reinstall Windows to download the trial again.
Nếu bạn không muốn sử dụng bản miễn phí, bạn có thể tải phiên bản có bản quyền với một khoản phí Điều này cho phép bạn sử dụng phần mềm mà không lo lắng về thời hạn sử dụng Hiện tại, Factory cung cấp 7 phiên bản khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng.
Truy cập đường link [https://getlink.qthang.net/RZ9IcnL](https://getlink.qthang.net/RZ9IcnL) để tải phần mềm mô phỏng Factory I/O phiên bản 2.4.3 đã được mua bản quyền Mật khẩu để tải về là www.qthang.net Phần mềm này có thể được tải miễn phí, giải nén và sử dụng vĩnh viễn.
Lưu ý: Hiện tại phần mềm mô phỏng Factory I/O đã có phiên bản v2.5.0 nên chúng ta có thể lựa chọn để phù hợp với nhu cầu sử dụng
Bước 2: Sau khi đã tải về phần mềm, ta tiến hành các bước để cài đặt phần mềm
Giải nén file phần mềm đã tải về: Nhấn chuột phải vào file ⇒ Giải nén ở đây (Extract Here)
Hình 23: Giải nén file phần mềm Factory I/O
Chạy file “factoryio-installer-latest.exe” để cài đặt phần mềm
Hình 24: Chạy file cài đặt phần mềm Factory I/O
Copy file “Factory IO.exe” vào thư mục theo đường dẫn: “C:Program Files(x86)Real GamesFactory IO” [Ghi đè khi được hỏi]
Copy file “Assembly-CSharp.dll” vào thư mục theo đường dẫn: “C:Program Files (x86)Real GamesFactory IOFactory IO_DataManaged” [Ghi đè khi được hỏi]
Sau khi hoàn thành đúng hai bước trước, biểu tượng của phần mềm mô phỏng Factory I/O v2.4.3 sẽ xuất hiện trên màn hình chính, đánh dấu việc cài đặt đã hoàn tất.
3.2.3.1 Giao diện làm việc của Factory I/O
Giao diện làm việc của phần mềm mô phỏng Factory I/O được chia thành ba phần chính, mỗi phần mang đến những khái niệm cơ bản giúp người dùng nắm bắt quy trình làm việc tổng thể một cách hiệu quả.
Hình 25: Giao diện làm việc của phần mềm mô phỏng Factory I/O a) Toolbar (1)
Trên thanh Toolbar bao gồm các nút điều khiển mô phỏng:
Ngoài các nút điều khiển thì có các mục:
Palette hiển thị tất cả các thiết bị có sẵn trong Factory I/O, cho phép người dùng dễ dàng kéo và thả các phần tử vào không gian 3D khi tạo Scene Người dùng có thể chọn một danh mục từ danh sách để chỉ hiển thị các phần thuộc về danh mục đó hoặc sử dụng ô Search để lọc các thiết bị theo tên.
Hình 26: Thư viện thiết bị của phần mềm Factory I/O c) Status Bar (3)
Hiển thị thông tin về trạng thái hiện tại của Factory I/O gồm: phiên bản hiện tại, tên Scene và Driver đã chọn.
Lưu ý: Chỉ số Hiệu suất Thấp sẽ xuất hiện khi Factory I/O không thể duy trì tốc độ cập nhật mô phỏng trên 15 khung hình/giây, dẫn đến hiện tượng trục trặc hình ảnh không mong muốn và có thể gây ra sai sót trong tính toán vật lý.
Chúng ta có thể cải thiện hiệu suất bằng cách:
Giảm độ phân giải màn hình ( Option ⇒ Video )
Giảm chất lượng video ( Option ⇒ Video )
Giảm số lượng các phần trong Scene bằng cách xóa các phần không sử dụng.
Hình 27: Cải thiện hiệu suất của Factory I/O
3.2.3.2 Điều khiển trên Factory I/O a) Options
Vào File ⇒ Options để vào giao diện điều chỉnh các tùy chọn cho Factory I/O
Hình 28: Giao diện tùy chỉnh điều khiển cho Factory I/O
Trên bảng điều khiển, người dùng có thể tùy chỉnh các phím chỉ định cho từng thao tác Dưới đây là danh sách các phím mặc định cùng với các thao tác tương ứng.
Trên bảng Instructor, người giảng dạy có thể khóa Scene hiện tại trong chế độ chạy, ngăn chặn việc chỉnh sửa các thiết bị hiện tại và ẩn các lỗi Những tính năng này giúp giảng viên tạo ra thử thách cho học viên, yêu cầu họ hoàn thiện các hệ thống đã được xây dựng một phần và thực hiện phân tích xử lý sự cố.
Licensing: Trong mục này, ta có thể kích hoạt hoặc hủy kích hoạt giấy phép cũng như kiểm tra thông tin liên quan về giấy phép hiện tại.
Bạn có thể hủy kích hoạt giấy phép độc lập bất cứ lúc nào và kích hoạt lại trên máy tính khác Lưu ý rằng để thực hiện việc hủy kích hoạt, bạn cần chạy Factory I/O với quyền quản trị viên.
Factory I/O có hai chế độ hoạt động chính: Edit và Run Chế độ Edit cho phép người dùng tùy chỉnh hệ thống theo ý muốn, trong khi chế độ Run giúp mô phỏng hệ thống theo thời gian thực Để chuyển đổi giữa hai chế độ này, người dùng chỉ cần nhấp vào nút Phát trên thanh công cụ hoặc nhấn phím F5.
Edit Mode: Trong chế độ này, ta có thể mở, lưu, tạo mới và chỉnh sửa hệ thống tùy ý
Creating: Các phần được tạo bằng cách kéo chúng từ Palette vào môi trường
Trong môi trường 3D, người dùng có thể tạo ra một thiết bị mới bằng cách sao chép một thiết bị hiện có Để thực hiện điều này, chỉ cần chọn thiết bị mong muốn, nhấn và giữ phím Alt.
Kéo thiết bị đến vị trí mới hoặc sao chép và dán một thiết bị, hoặc nhóm thiết bị giữa các Scene khác nhau bằng cách sử dụng tổ hợp phím Ctrl + C và Ctrl + V Lưu ý rằng nếu thiết bị được bao quanh bởi màu đỏ, điều này cho thấy nó đang trùng lặp với thiết bị khác và sẽ bị xóa nếu không được điều chỉnh đúng cách.
Hình 29: Thao tác lấy thiết bị từ thư viện Factory I/O
ỨNG DỤNG TIA PORTAL V15.1 VÀ FACTORY I/O TRONG ĐỀ TÀI
Hình 98: Lưu đồ thuật toán của hệ thống
3.3.2 Ứng dụng Tia Portal v15.1 Để có thể kết nối phần mềm lập trình Tia Portal v15.1 với phần mềm mô phỏng Factory I/O v2.4.3, ta cần sử dụng một file template Hiểu nôm na, file template là một chương trình mẫu đã được lập trình sẵn các giao thức để kết nối Factory I/O với các phần mềm lập trình như Tia Portal và được biểu thị thông qua S7 - PLCSIM, có như vậy các hệ thống được xây dựng trong Factory I/O mới có thể được lập trình và điều khiển một cách chính xác nhất, giúp người dùng có cái nhìn trực quan nhất về hệ thống của mình thiết kế.
To access the appropriate Factory I/O Template for your version of TIA Portal and S7 PLC, double-click on the following link: [Factory I/O Template](https://docs.factoryio.com/tutorials/siemens/setting-up-s7-plcsim-v13/).
Hình 99: File template cho các phiên bản của Tia Portal
Bước 2: Sau khi tải về ta tiến hành giải nén
Bước 3: Mở phần mềm Tia Portal v15.1
Chọn Browse ⇒ Chọn file FactoryIO_Template đã giải nén ⇒ Chọn Open.
Bước 4: Nháy đúp chuột chọn PLC_1
Bước 5: CPU mặc định cho PLC S7 – 1200 bản Tia Portal v15.1 là CPU 1212C
Hình 103: Giao diện CPU 1212C DC/DC/DC
Bước 6: Chọn PLC_1 [CPU 1212C DC/DC/DC] ⇒ Program blocks ⇒ Main
[OB1] để vào giao diện lập trình cho hệ thống
Hình 104: Chọn Main [OB1] để vào giao diện lập trình
Bước 7: Trong Network 1, có file %FC9000 đã được lập trình sẵn các giao thức kết nối Tia Portal v15.1 với Factory I/O Từ đây, chúng ta sẽ bắt đầu lập trình tại Network 2 và các mạng tiếp theo.
Hình 105: Giao diện lập trình Tia Portal v15.1 đã kết nối với file Template
Bước 8: Lưu project với tên phù hợp
3.3.2.2 Chương trình của hệ thống
Chương trình chính gồm 7 network, mỗi network giải quyết một giai đoạn trong hệ thống bao gồm:
Loại bỏ sản phẩm lỗi
Phân loại sản phẩm nhỏ
Phân loại sản phẩm lớn
Đếm và đóng gói sản phẩm nhỏ
Đếm và đóng gói sản phẩm lớn
Network 2: Loại bỏ sản phẩm lỗi
Network 3: Cho băng tải 2 (Main 2) chạy
Network 4: Phân loại sản phẩm nhỏ
Network 5: Phân loại sản phẩm lớn
Network 6: Đếm sản phẩm nhỏ
Network 7: Đếm sản phẩm lớn
3.3.3.1 Xây dựng hệ thống trên Factory I/O
Chi tiết mô tả và xây dựng hệ thống:
3.3.2 Kết nối Factory với Tia Portal
Bước 1: Sau khi đã viết code cho hệ thống xong ta sẽ chọn CPU và bật mô phỏng bằng cách nhấn vào Start Simulation
Hình 107: Bật chế độ mô phỏng PLCSIM
Bước 2: Chọn PN/IE (1) để thiết lập giao diện PG/PC, sau đó chọn PLCSIM S7-1200/S7-1500 (2) Nhấn nút Start search (3) để bắt đầu quá trình quét Khi quét hoàn tất, hãy chọn thiết bị (4) và nhấn Load (5) để tiếp tục.
Hình 108: Cài đặt địa chỉ cho PLC
Bước 3: Trên S7-PLCSIM, chọn RUN để bật CPU lên chế độ Run mode.
Bước 4: Thực hiện kết nối Factory I/O với S7 – PLCSIM
Trên Factory I/O, chọn File ⇒ Driver Configuration ( F4 )
Chọn CONFIGURATION để định cấu hình cho PLC.
Chọn PLC tương ứng với PLC đã chọn ở Tia Portal (S7-1200 hoặc S7-1500)
Hình 112: Tùy chọn cấu hình cho PLC
Nhấn Esc để quay lại cửa sổ điều khiển chính và sau đó nhấn CONNECT để kết nối với Simulator Khi kết nối thành công, biểu tượng dấu tích màu xanh lá cây sẽ xuất hiện bên cạnh Driver đã chọn.
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
3.4.1 Một số hình ảnh hệ thống
Hình 114: Hệ thống phân loại và đóng gói sản phẩm theo kích thước
Hình 115: Tủ điện của hệ thống phân loại sản phẩm
Hình 116: Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động
3.4.2 Video chạy demo đề tài
