Ngày nay trước những sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật việc áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sản xuất đang được phát triển rộng rãi về mặt quy mô lẫn chất lượng. Trong đó ngành tự động hóa chiếm một vai trò rất quan trọng không những giảm nhẹ sức lao dộng cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, chính vì thế ngành tự dộng hóa ngày càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Chiếm một vai trò rất quan trọng trong ngành tự động hóa đó là kỹ thuật điều khiển logic lập trình viết tắt là PLC. Nó đã và đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng chiếm một vị trí rất quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Không những thay thế được cho kỹ thuật điều khiển cơ cấu bằng cam và hoặc kỹ thuật rơ le trước kia mà còn chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác. Xuất phát từ thực tế đó, trong quá trình học tập tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật-Đại Học Đà Nẵng, được sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa Tự Động Hóa và đặc biệt là cô giáo, Th.s “”, em đã nhận được đồ án với đề tài: “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200
1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT-ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN LOGIC Đề tài: Điều khiển dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC Sinh viên thực : Dương A T Lớp : 122DADKL03 Giảng viên hướng dẫn : ThS Đà Nẵng, tháng năm 2022 2 LỜI MỞ ĐẦU Ngày trước phát triển vũ bão khoa học kỹ thuật việc áp dụng khoa học công nghệ vào thực tế sản xuất phát triển rộng rãi mặt quy mô lẫn chất lượng Trong ngành tự động hóa chiếm vai trị quan trọng giảm nhẹ sức lao dộng cho người mà cịn góp phần lớn việc nâng cao suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, ngành tự dộng hóa ngày khẳng định vị trí vai trị ngành cơng nghiệp phổ biến rộng rãi hệ thống công nghiệp tồn giới nói chung Việt Nam nói riêng Chiếm vai trò quan trọng ngành tự động hóa kỹ thuật điều khiển logic lập trình viết tắt PLC Nó phát triển mạnh mẽ ngày chiếm vị trí quan trọng ngành kinh tế quốc dân Không thay cho kỹ thuật điều khiển cấu cam kỹ thuật rơ le trước mà chiếm lĩnh nhiều chức phụ khác Xuất phát từ thực tế đó, trình học tập trường Đại Học Sư Phạm Kỹ ThuậtĐại Học Đà Nẵng, bảo hướng dẫn tận tình thầy khoa Tự Động Hóa đặc biệt giáo, Th.s “”, em nhận đồ án với đề tài: “ Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7-1200 ”.Để giúp cho sinh viên có thêm hiểu biết vấn đề Việc hồn thành đề tài khơng tránh sai lầm thiếu sót Em mong phê bình, đánh giá thầy để em rút kinh nghiệm phát triển thêm đề tài Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực Dương Thanh Lâm 3 MỤC LỤC MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình : Băng tải………………………………………………………………………………………………… Hình 2: Cảm biến màu E3ZM-V ……………………………………………………………………… ……….10 Hình 3: Hệ thống trục quang cảm biến màu…………………………………………….……………….10 Hình 4: Cấp độ bảo vệ IP69K……………………………………………………………………… ………….11 Hình 5: Bộ phận cảm biến màu…………………………………………………………………… ………… 12 Hình 6: Quá trình học cảm biến……………………………………………………………………… ……… 12 Hình 7: Động cơ……………………………………………………………………………………… 12 Hình 8: PLC S7-1200C DC/DC/DC………………………………………………………………… ……… 14 Hình : Bảng tín hiệu PLC S7-1200……………………………………………………………… ………… 15 Hình 10: Module tín hiệu PLC S71200……………………………………………………………………… 16 Hình 11: Các module truyền thơng…………………………………………………………………………… 17 Hình 12 : Biểu tượng Tia portal v14……………………………………………………………………………17 Hình 13: Giao diện Tia portal(1)……………………………………………………………………………….17 Hình 14: Giao diện Tia portal(2)………………………………………………………………….……………18 Hình 15: Giao diện Tia portal(3……………………………………………………………… ………… .18 Hình 16: Giao diện Tia portal(4)……………………………………………………………….…………… 19 Hình 17: Giao diện Tia portal(5)……………………………………………………………….…………… 19 Hình 18: Giao diện Tia portal(6)……………………………………………………………………… …… .19 Hình 19: giao diện wincc…………………………………………………………………………… ………….20 Hình 20 Các bước cấu hình kết nối Wincc với PLC (1)…………………………………… ………… 21 Hình 21: Các bước cấu hình kết nối Wincc với PLC (2)………………………………… …………….22 Hình 22: Các bước cấu hình kết nối Wincc với PLC (3)…………………………………………………22 4 Hình 23: Các bước cấu hình kết nối Wincc với PLC (4)…………………………………………………23 Hình 24: Các bước cấu hình kết nối Wincc với PLC (5)…………………………………………………23 Hình 25: Phần soạn thảo chương trình Tia portal………………………………………………………24 Hình 26: Khối sử lý trung tâm………………………………………………………………………………… 25 Hình 27: Động cơ…………………………………………………………………………………………………25 Hình 28: Băng tải, cảm biến, xilanh……………………………………………………………………………25 Hình 29: Giao diện giám sát wincc………………………………………………………… …………….26 Hình 30 : Bộ định thời (timer)………………………………………………………………………………… 28 Hình 31 : Bộ đếm (Counter)…………………………………………………………………….……………… 29 Hình 32: Lệnh Move………………………………………………………………………………….………… 29 Hình 33 : Lệnh SUB…………………………………………………………………………………… ……… 29 Hình 34 : Lệnh N_TRIG……………………………………………………………………………….…………30 Hình 35 : Lệnh P_TRIG……………………………………………………………………………….…………30 Hình 36 : lệnh IN_RANGE OUT_RANGE…………………………………………………… ………… 31 Hình 37 : Lệnh ADD…………………………………………………………………………………… ……….38 5 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà điều khiển tự động đóng vai trị quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa Do cần phải nắm bắt vận dụng điều khiển tự động cách hiệu nhằm đóng góp vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Xuất phát từ lần tham quan doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất, chúng em thấy nhiều khâu tự động hóa q trình sản xuất Một khâu sản xuất tự động hóa khâu phân loại sản phẩm sử dụng điều khiển lập trình PLC Siemens Sau tìm hiểu, nghiên cứu đề tài cơng trình trước đây, em định chọn đề tài: “Điều khiển dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200” Đã có nhiều đề tài thực việc mơ hình phân loại sản phâm phân loại theo chiều cao, phân loại theo khối lượng theo kích thước Nhưng với sản phẩm khối lượng kích thước nhỏ màu sắc thay đổi theo tính chất mơ hình phân loại khơng phù hợp Vì cần hướng xử lý phù hợp cho hệ thống phân loại phân loại dựa màu sắc Và nhiều hệ thống thực phân loại mà chưa thực giám sát, quản lý việc phân loại Vì cần xây dựng việc giám sát trình phân loại cho hệ thống 1.2 TỔNG QUAN VỀ PLC VÀ PLC S7-1200 1.2.1 Tổng quan PLC a Giới thiệu Kỹ thuật điện tử phát triển đến trình độ kỳ diệu có tiến vượt bật tương lai Nó góp phần không nhỏ sản xuất công nghiệp Nhất giai đoạn hội nhập Các doanh nghiệp không ngần ngại hạ giá thành sản phẩm tăng sức cạnh tranh với công ty khác Một giải pháp trang thiết bị đại PLC PLC có khả vận hành tự động theo quy trình định sẵn mà khơng cần có tham gia người lúc vận hành Bởi tất cần thiết cho đời loạt sản phẩm tích hợp tất thiết bị nhỏ gọn PLC Hệ thống tự động gần tối ưu kết hợp với máy vi tính để điều khiển kiểm sốt q trình sản xuất hồn tồn máy vi tính b PLC gì? PLC viết tắt Programmable Logic Controller có nghĩa thiết bị điều khiển logic khả trình Sự phát triển PLC mang lại nhiều thuận lợi làm cho thao tác máy trở nên nhanh, nhạy, dễ dàng tin cậy Nó có khả thay hồn tồn cho phương 6 pháp điều khiển truyền thống dùng rơle (loại thiết bị phức tạp cồng kềnh); khả điều khiển dễ dàng linh hoạt dựa việc lập trình lệnh logic bản; khả định thời, đếm; giải vấn đề toán học công nghệ; khả tạo lập, gởi đi, tiếp nhận tín hiệu nhằm mục đích kiểm sốt kích hoạt đình chức máy dây chuyển công nghiệp Như đặc điểm làm cho PLC có tính ưu việt tích hợp môi trường công nghiệp: 一 Khả kháng nhiễu tốt 一 Cấu trúc dạng module thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng cấp 一 Có module chuyên dụng để thực chức đặc biệt hay module truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp qua mạng internet 一 Khả lập trình được, lập trình dễ dàng đặc điểm quan trọng để xếp hạng hệ thống điều khiển tự động Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt tính thay đổi chương trình thay đổi trực tiếp thơng số mà khơng cần thay đổi lại chương trình c Cấu trúc phần cứng PLC Các thành phần PLC thường có module phần cứng sau: 一 Module nguồn 一 一 一 一 一 一 Module đơn vị xử lý trung tâm Module nhớ chương trình liệu Module đầu vào Module đầu Module phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ) Module chức (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng) d Cấu trúc nhớ PLC Bộ nhớ chia làm vùng Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình chia làm miền: 一 Organisation block: Miền chứa chương trình tổ chức, chứa chương trình chính, lệnh khối ln qt 一 Subroutine (Chương trình con): Miền chứa chương trình con, tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi liệu, chương trình thực gọi chương trình 一 Interrup (Chương trình ngắt): Miền chứa chương trình ngắt tổ chức thành hàm có khả trao đổi liệu với khối chương trình khác Chương trình 7 thực có kiện ngắt xảy Có nhiều kiện ngắt như: Ngắt thời gian, ngắt xung tốc độ cao Vùng chứa tham so hệ điêu hành: chia thành miền khác nhau: 一 I (Process Image Input): Miền liệu cổng vào số, trước bắt đầu thực chương trình, PLC đọc giá trị logic tất cổng đầu vào cất giữ chúng vùng nhớ I Thơng thường chương trình ứng dụng khơng đọc trực tiếp trạng thái logic công vào số mà lấy liệu cổng vào từ đệm I 一 Q (Process Image Output): Miền đệm liệu cổng số Kết thúc giai đoạn thực chương trình, PLC chuyển giá trị logic đệm Q tới cổng số Thông thường chương trình khơng trực tiếp gán giá trị tới tận cổng mà chuyển chúng tới đệm Q 一 M (Miền biến cờ): Chương trình ứng dụng sử dụng biến dể lưu giữ tham số cần thiết truy nhập theo bit (M), byte (MB), từ (MW) hay từ kép (MW) 一 T (Timer): Miền nhớ phục vụ thời gian (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước (PV- Preset Value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV- Current Value) giá trị Logic đầu thời gian 一 C (Counter): Miền nhớ phục vụ đếm bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước (PV- Preset Value), giá trị đếm tức thời (CV- Current Value) giá trị logic đầu đệm • Vùng liệu Vùng liệu vùng nhớ động Nó truy cập theo bit, byte, từ đơn (word) hay từ kép (double word) sử dụng làm miền lưu trữ liệu cho thuật toán, hàm truyền thông, lập bảng, hàm dịch chuyển, xoay vòng ghi, trỏ địa e Xử lý chương trình PLC thực chương trình theo chu kỳ lặp Mỗi vòng lặp gọi vòng quét (Scan) Mỗi vòng quét bắt đầu việc đọc liệu từ cổng vào đệm ảo, giai đoạn thực chương trình Trong vịng qt chương trình thực lệnh kết thúc lệnh kết thúc Sau giai đoạn thực chương trình giai đoạn truyền thơng kiểm tra lỗi, vòng quét kết thúc giai đoạn chuyền nội dung đệm ảo đến cổng f Cấu trúc chương trình - Chương trình S7-1200 lưu nhớ PLC vùng dành riêng cho chương trình lập với dạng cấu trúc khác nhau: - Lập trình có cấu trúc: chương trình chia thành phần nhỏ phần thực thi nhiệm vụ riêng biệt nó, phần nằm khối chương trình khác Loại hình cấu trúc phù hợp với toán điều khiển nhiểu nhiệm vụ phức 8 tạp PLC S7-1200 có loại khối sau: - Loại khối organization Block: khối tổ chức quản lí chương tình điều khiển khối thực thi quét chu kì quét - Loại khối chương trình con: Khối chương trình với chức riêng giống chương trình hàm (chương trình có biến hình thức) Một chương trình ứng dụng có nhiểu khối chương trình khối chương trình phân biệt với tên chương trình - Lập trình tuyến tính: tồn chương trình nằm khối nhớ Loại hình cấu trúc tuyến tính phù hợp với tốn tự động nhỏ Khơng phức tạp Khối chọn phải khối organization Block mà PLC quét thực tổng lệnh thường xuyên Từ lệnh đến lệnh cuối quay lại lệnh - Loại khối chương tình ngắt: khối chương trình đặc biệt có khả trao đổi 1lượng lớn với khối chương trình khác Chương trình thực thi có kiện ngắt xảy 1.3 GIỚI THIỆU VỀ BĂNG TẢI VÀ CÁC CẢM BIẾN 1.3.1 CÁC BĂNG CHUYỀN ĐẾM VÀ ĐÓNG SẢN PHẨM HIỆN NAY a Các loại băng tải sử dụng Giới thiệu chung Băng tải thường dùng để di chuyển vật liệu đơn giản vật liệu rời theo phương ngang phương nghiêng Trong dây chuyền sản xuất, thiết bị sử dụng rộng rãi phương tiện để vận chuyển cấu nhẹ, xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, loại xỉ lò trạm thủy điện dùng vận chuyển nhiên liệu Trên kho bãi dùng để vận chuyển loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt số sản phẩm khác Trong số ngành công nghiệp nhẹ, cơng nghiệp thực phẩm, hóa chất dùng để vận chuyển sản phẩm hoàn thành chưa hồn thành cơng đoạn, phân xưởng, đồng thời dùng để loại bỏ sản phẩm không dùng 9 Hình : Băng tải 1.4 Cảm biến màu E3ZM-V Với thiết kế tiết kiệm không gian.E3ZM-V nhỏ nhiều lần so với model trước E3M-V, với vỏ kim loại SUS316L đạt tiêu chuẩn cấp độ bảo vệ IP69K · Cải thiện trình phát màu khác nhờ đèn LED sáng trắng lọc tín hiệu RGB · Hệ thống trục quang trì xác q trình cảm nhận độ tương phản đối tượng di chuyển · Cung cấp chế độ học mầu: chế độ học tay chế độ học tự động từ xa Thiết kế nhỏ gọn, E3ZM-V giảm tới 90% kích thước so với model OMRON trước Và kích thước chuẩn quốc tế đóng góp vào việc lắp đặt tiêu chuẩn hố kỹ thuật Hình 2: Cảm biến màu E3ZM-V Hệ thống trục quang thiết kế nhỏ gọn Mặc dù E3ZM-V có kích thước 11 × 21 × 32 mm.Hệ thống trục quang dùng có khuynh hướng thay đổi để thích nghi với đối tượng cảm nhận 10 10 - Khi nhấn ON đen START sáng xanh, động chuyển xanh báo hệ thống hoạt động Có chế độ chế độ chọn tự động chế độ manual Chế độ manual: -Khi nhấn nút Đỏ sản phẩm màu đỏ khỏi máy sản xuất, cảm biến màu sắc tác động xilanh đỏ hoạt động đẩy sản phẩm xuống thùng chứa 35 35 -Khi nhấn nút Xanh sản phẩm màu xanh khỏi máy sản xuất, cảm biến màu sắc tác động xilanh xanh hoạt động đẩy sản phẩm xuống thùng chứa -Khi nhấn nút Vàng sản phẩm màu vàng khỏi máy sản xuất, cảm biến màu sắc tác động xilanh vàng hoạt động đẩy sản phẩm xuống thùng chứa Chế độ tự động - Sản phẩm tự động chạy băng tải phân loại cách tự động 4.2 LẬP TRÌNH PLC KHỐI MAIN 36 36 37 37 38 38 39 39 40 40 41 41 42 42 43 43 4.3 Kết nối PLC sim wincc RT Bước 1: Chọn thiết bị bật mô cách nhấn Start Simulation 44 44 Bước 2: Nhấn Load để tải chương trình cho PLC SIM Bước 3: Chọn Start Module -> Finish để chuyển PLC SIM sang chế độ RUN 45 45 Bước 4: Vào giao diện thiết kế win cc nhấn nút để chạy mô CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ - KẾT LUẬN - NHẬN XÉT - ĐÁNH GIÁ VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết Trong vịng tháng làm đồ án, nhóm nghiên cứu đạt kết sau: ♦ Nghiên cứu sâu dòng PLC đặc biệt dòng S7 -1200 ♦ Nghiên cứu cảm biến màu sắc E3ZM-V ♦ Nghiên cứu số hệ thống phân loại sản phẩm ♦ Nghiên cứu thiết kế giao diện giám sát điều khiển Wincc ♦ Tìm hiểu biết sử dụng phần mềm lập trình PLC —TIA Portal Kết giao diện giám sát điều khiển 46 46 5.2 Kết luận Sau tháng thực đề tài với nhiều cố gắng nổ lực thân với tận tình hướng dẫn thầy, đồ án hồn thành thời gian quy định theo yêu cầu đặt nhận biết phân loại sản phẩm Các nội dung mà em thực thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc, dựa theo thông số đầu vào cảm biến nhận biết màu sắc Tuy nhiên nhóm chưa thể tạo hệ thống xác hồn tồn phần thiết kế cịn nhiều sai sót Nhìn chung đề tài hoàn thành mức Trong trình làm đồ án, sinh viên rút nhiều kinh nghiệm để tạo mơ hình hoàn thiện như: đầu tư thời gian, hiểu biết linh kiện thiết kế giao diện mô Wincc, 5.3 Nhận xét đánh giá: Giao diện lý trực quan, dễ giám sát sử dụng thuận tiện việc giám sát điều khiển hệ thống 5.4 Phương hướng phát triển Một số hướng phát triển để hoàn thiện đề tài: 47 - Kết nối Web Server giám sát thông số - Thiết kế giao diện Web để quản lý hệ thống từ xa - Mở rộng thêm khâu khác hệ thống như: đóng thùng 47 - 48 Sử dụng camera để nhận biết màu sản phẩm 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO - [1] Giáo trình điều khiển logic, Trường đại học sư phạm kỹ thuật Đà Nẵng [2] Giáo trình SCADA, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Đà Nẵng [3] Giáo trình thực hành mạng truyền thơng cơng nghiệp SCADA, Trường Đại học sư phạm kỹ thuật Đà Nẵng - [4] https://www.facebook.com/groups/aetudonghoa/ - [5] https://tailieu.vn/doc/do-an-tot-nghiep-he-thong-phan-loai-ca-chua-dua-theomau-sac-su-dung-plc-s7-1200-2187198.html - [6].https://www.youtube.com/results?search_query=ng%E1%BB %8Dc+automation 49 49 ... chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 -1200” Đã có nhiều đề tài thực việc mơ hình phân loại sản phâm phân loại theo chiều cao, phân loại theo khối lượng theo kích thước Nhưng với sản. .. Đỏ sản phẩm màu đỏ khỏi máy sản xuất, cảm biến màu sắc tác động xilanh đỏ hoạt động đẩy sản phẩm xuống thùng chứa 35 35 -Khi nhấn nút Xanh sản phẩm màu xanh khỏi máy sản xuất, cảm biến màu sắc. .. theo yêu cầu đặt nhận biết phân loại sản phẩm Các nội dung mà em thực thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc, dựa theo thông số đầu vào cảm biến nhận biết màu sắc Tuy nhiên nhóm chưa thể