(Tiểu luận) mạng truyền thông công nghiệp đề tài thiết kế hệ thống truyền thông plc s7 1200 với adruino để phân loại sản phẩm theo màu sắc

TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLYTECHNIC BỘ MÔN CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ -o0o - MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG PLC S7-1200 VỚI ADRUINO ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC T.VIÊN: TRẦN VƯƠNG BÔNG PS16134 ĐỒN BÍC PHI PS15337 NGUYỄN HỮU KHƠI PS15539 TRẦN QUANG KHƯƠNG PS16109 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA LỚP: AC16301 Tp Hồ Chí Minh – 12/2021 c Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Cao Đẳng FPT Poytechnic Độc lập - Tự - Hạnh phúc Thành phố Hồ Chí Minh NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ NHIỆM VỤ ASSIGNMENT Lớp: AC16301 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ Hệ: CAO ĐẲNG 1.Tên đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG PLC S7-1200 VỚI ADRUINO ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC” Nội dung phần thuyết minh: Các vẽ đồ thị: Giáo viên hướng dẫn: NGUYỄN VĂN NGA Ngày giao nhiệm vụ: Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Ngày…… tháng…… năm 2021 Ngày … tháng … năm 2021 Giáo viên hướng dẫn Chủ nhiệm môn NGUYỄN VĂN NGA GVHD: NGUYỄN VĂN NGA c Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Trường Cao Đẳng FPT Poytechnic Thành Phố Hồ Chí Minh Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tp.HCM, ngày……tháng… năm 2021 Giáo viên hướng dẫn NGUYỄN VĂN NGA GVHD: NGUYỄN VĂN NGA c LỜI MỞ ĐẦU Điều khiển tự động là định nghĩa khơng cịn xa lạ giới Nó có mặt từ sớm từ khoa học cơng nghệ người có tiến Bắt nguồn từ những nhu cầu tiết kiệm nhân lực, tăng suất sản phẩm lên cao, đảm bảo quy trình chặt chẽ,… mà các ứng dụng điều khiển tự động đời Điều khiển tự động trở thành ngành khoa học kỹ thuật chuyên nghiên cứu ứng dụng vào lao động sản xuất, đời sống sinh hoạt người, kết hợp với nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác Ngày nay, điều khiển tự động phổ biến rộng rãi khắp lĩnh vực đời sống sản xuất PLC thiết bị bật điều khiển tự động ứng dụng rộng rãi sản xuất công nghiệp quy mô vừa lớn PLC ngày được ứng dụng rộng rãi nhờ vào tính ưu việc như: khả thay hoàn toàn phương pháp điều khiển trước đây, điều khiển thiết bị dễ dàng linh hoạt dựa vào việc lập trình lệnh logic bản, khả định thời, đếm và giải vấn đề toán học, khả thiết lập, gửi và tiếp nhận tín hiệu nhằm mục đích kiểm sốt các hoạt đợng của bợ máy dây chuyền cơng nghiệp Do đó, nhằm nghiên cứu rõ PLC ứng dụng cơng nghiệp, nhóm chúng em định thực đề tài “ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG PLC S7-1200 VỚI ADRUINO ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC” GVHD: NGUYỄN VĂN NGA c LỜI CẢM ƠN Để hồn thành assignmet này, ngồi nỗ lực nhóm cịn có giúp đỡ giáo viên hướng dẫn, thầy cô môn, bạn bè người thân Nhóm em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy NGUYỄN VĂN NGA tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em việc giải khó khăn, vướng mắc suốt trình thực assignment nhóm Bên cạnh đó, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô tận tình giảng dạy kiến thức kinh nghiệm sống cho chúng em, cho chúng em hành trang vững trước bước vào chặn đường Nhóm em xin chân thành cảm ơn Trường Cao Đẳng FPT Polytechnic Thành phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho chúng em học tập, trang bị cho chúng em kiến thức cần thiết để tìm cơng việc phù hợp sau Trong q trình thực đề tài sẽ khơng tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận góp ý từ giảng viên bạn Nhóm thực đề tài c MỤC LỤC CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG Mục đích assigment Ý nghĩa assignment Nội dung nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Tìm hiểu hệ thống phân loại sản phẩm Mạng truyền thông công nghiệp Một số chuẩn giao thức truyền thông công nghiệp 3.1 Cổng nối tiếp (Serial Port) 3.1.1 RS232 3.1.2 RS422 3.1.3 RS485 3.2 ProfiNet (Process Field Net) 10 3.3 ProfiBus (Process Field Bus) 11 3.4 MODBUS 12 3.4.1 MODBUS RTU 13 3.4.2 MODBUS ASC II .13 3.4.3 MODBUS TCP/IP .13 CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ THỐNG 14 Khối PLC 15 Khối nguồn 17 Khối phân loại màu 19 3.1 Cảm biến màu sắc TCS34725 19 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG c 3.2 Arduino UNO R3 SMD .20 3.3 Arduino Ethernet Shield W5100 21 Khối cấu chấp hành .22 4.1 Tính chọn băng tải 22 4.2 Động truyền tải 23 4.3 Tính chọn động đẩy 25 4.4 Khối cảm biến khoảng cách 26 4.5 Tính chọn khung kết cấu băng tải 27 Giới thiệu chuyển đổi tín hiệu đầu vào cho PLC sử dụng chuẩn Ethernet 28 CHƯƠNG IV THI CÔNG HỆ THỐNG 29 Danh sách vật tư 30 Lưu đồ giải thuật 31 Sơ đồ mạch động lực 33 Sơ đồ nối dây khối phân loại màu sắc 34 Lập trình hệ thống TIA Protal V16 .35 Nguyên lý hoạt động hệ thống .38 Hình ảnh sản phẩm thực tê 40 CHƯƠNG V KẾT LUẬN 41 Ưu điểm 41 Nhược điểm 41 Phương hướng phát triển 41 CHƯƠNG VI NGUỒN THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 43 Kết nối TCS34725 với Arduino 43 Code Arduino .44 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG c CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG Mục đích assigment Trong assignment này, thông qua kiến thức chuẩn giao tiếp truyền thông công nghiệp học chúng em kết hợp thực thiết kế hệ thống truyền thông PLC s7-1200 với adruino để phân loại sản phẩm theo màu sắc Được vận hành PLC S7 - 1200 kết hợp giám sát thông qua giao diện điều khiển TIA Portal cảm biến màu sắc, motor servo Sản phẩm qua phát cảm biến đẩy vào khay hứng sản phẩm Yêu cầu đề tài:  Phân loại đếm sản phẩm phải xác  Hiển thị giám sát thông qua giao diện điều khiển TIA Portal cần rõ ràng  Ứng dụng PLC điều khiển băng tải phân loại sản phẩm Ý nghĩa assignment  Trên sở nghiên cứu, xây dựng hệ thống điều khiển băng tải phân loại sản phẩm với TIA Portal PLC S7-1200 nhóm em thực assignment tiếp cận tìm hiểu lĩnh vực điều khiển phổ biến quan trọng công nghiệp  Nắm vững sở tính tốn chọn thiết bị để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đề Hiểu nguyên lý hoạt động loại linh kiện sử dụng dự án  Thấy mối liên hệ lý thuyết thực tế, làm việc vận hành trực tiếp trang thiết bị sử dụng đồ án GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG c  Thực hành khai thác, lập trình với thiết bị điều khiển công nghiệp phổ biến PLC S7-1200, phần mềm điều khiển giám sát TIA Portal, rèn luyện kỹ làm việc nhóm  Có khả lập kế hoạch xác định mục tiêu quan trọng biện pháp tốt để thực mục tiêu cách hiệu Tạo cho chúng em tư hệ thống để xử lý tình Nội dung nghiên cứu  Nghiên cứu tài liệu chuẩn giao tiếp mạng truyền thông công nghiệp, PLC S7 -1200, cảm biến TCS34725, động servo MG90S, cảm biến vật cản hồng ngoại  Dựa liệu thu thập được, tiến hành lựa chọn giải pháp thiết kế thi cơng mơ hình Kết nối ngoại vi với PLC, cảm biến TCS34725 với Arduino  Thiết kế lưu đồ giải thuật viết chương trình điều khiển cho PLC Arduino Thiết kế giao diện điều khiển, giám sát hệ thống  Thử nghiệm điều chỉnh phần mềm, phần cứng để mơ hình tối ưu, sử dụng dễ dàng Đánh giá thông số mơ hình so với thơng số thực tế, hiệu suất hoạt động  Viết báo cáo thực  Đánh giá kết thực Phạm vi nghiên cứu  Khai thác vận hành thiết bị hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc  Xây dựng thuật toán điều khiển logic - Xây dựng phần mềm giao diện điều khiển TIA Portal - Xây dựng phần mềm PLC S7-1200 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG c - Tính tốn thiết kế phần khí GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG c Tên vật tư Số lượng PLC Siemens S7 – 1200 CPU 1212C DC/DC/DC Nguồn tổ ong 24V – 10A Module hạ áp DC-DC Buck LM2596 5VDC – 3A Cảm biến màu sắc TCS35725 Board Arduino UNO R3 SMD Module relay kênh 5V DC Dây belt băng tải 500 x 100mm Động DC giảm tốc JGB37-555 60 RPM Động Servo MG90S Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 Đèn báo tín hiệu 24V DC Công tắc chuyển mạch vị trí Nút dừng khẩn cấp Nút nhấn nhả Cầu đấu 12p 10A Cầu đấu 6p 10A Thanh ray 30cm Khung nhôm định hình 20cm Formex đóng tủ điện (5 ly) Danh sách vật tư GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 31 c Lưu đồ giải thuật Hình 4.1: Lưu đồ giải thuật PLC GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 32 c Hình 4.2: Lưu đồ giải thuật Arduino GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 33 c Sơ đồ mạch động lực Hình 4.3: Mạch động lực GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 34 c Sơ đồ nối dây khối phân loại màu sắc Hình 4.4: Sơ đồ nối dây khối động và khối phân loại màu sắc GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 35 c Lập trình hệ thống TIA Protal V16 GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 36 c GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 37 c GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 38 c Nguyên lý hoạt động hệ thống  Khởi động: – Khi gạt cơng tắt sang chế độ Auto, Manual đèn xanh sáng, thể hệ thống hoạt động – Khi xoay nút dừng khẩn cấp, hệ thống tạm ngưng, đèn đỏ sáng nhấn lại  Chế độ Auto: – Lúc này, động băng tải hoạt động Nếu có hàng bệ cấp mẫu, cảm biến S1 (NPN) từ mức cao xuống mức thấp PLC kích ngõ Q0.2, thơng qua relay trung gian PUSH, truyền tín hiệu digital sang adruino Sau đó, adruino cho servo đẩy sản phẩm vào băng tải – Sản phẩm chạy vào cabin cảm biến TCS34725 quét màu, adruino xử lí truyền tín hiệu sang PLC thông qua RL1, RL2 module relay Nếu sản phẩm màu đỏ RL1 kích, màu xanh RL2 kích, màu vàng relay kích – Sau nhận tín hiệu từ adruino, sản phẩm chạy đến vị trí máng phân loại Nếu sản phẩm màu đỏ, PLC nhận tín hiệu tử RL1, sản phẩm qua cảm biến S2, ngõ Q0.3 kích relay trung gian DO Báo cho adruino điều khiển servo đẩy sản phẩm máng trược Tương tự sản phẩm màu xanh lá, relay LUC kích màu vàng relay DO LUC kích – Chỉ servo quay vị trí ban đầu relay RL1, RL2 nhả tiếp điểm, q trình kích đẩy sản phẩm băng chuyền tiếp tục – Ngoài ra, sau 30 giây cảm biến S1 khơng nhận thấy có sản phẩm bệ cấp mẫu băng tải tạm ngưng hoạt động có sản phẩm sẵn sàng GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 39 c  Chế độ Manual: – Khi gạt sang chế độ băng tải chạy liên tục – Nhấn nút BTN3 để kích đẩy sản phẩm vào băng tải – Nhấn nút BTN1 để phân loại sản phẩm màu đỏ Tương tự, BTN2 để phân loại sản phẩm màu xanh – Nếu sản phẩm màu vàng, chạy đến cuối băng tải  Hiển thị: – Adruino kết nối với LCD 1602, servo phân loại hồn thành chu kì quay hiển thị số lượng loại sản phẩm phân loại GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 40 c Hình ảnh sản phẩm thực tê Hình 33: Hình ảnh thực tế hệ thống phân loại sản phẩn theo màu sắc (ảnh 1) GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 41 c CHƯƠNG V KẾT LUẬN Ưu điểm  Mô băng tải phân loại sản phẩm màu sắc  Băng tải có khả phân loại sản phẩm với nhiều loại màu sắc mà khơng phải sử dụng xử lí ảnh (vốn phức tạp chi phí cao)  Các thiết bị, linh kiện sử dụng có chi phí thấp, việc lắp đặt thiết kế đơn giản Nhược điểm  Tốc độ xử lí hệ thống chưa đáp ứng yêu cầu công nghiệp  Khâu phân loại màu cịn nhiều sai số dẫn đến khó phân loại sản phẩm có nhiều màu trộn lẫn Ngồi ra, hệ thống cịn dễ bị nhiễu ánh sáng tự nhiên, nhiễu từ trường động  Các linh kiện có độ xác chưa cao, khoảng cách giao tiếp với PLC ngắn (khoảng 10m) Phương hướng phát triển  Nâng cấp chương trình điều khiển để phân loại nhiều màu với độ đậm nhạt khác  Nghiên cứu phát triển bảng điều khiển HMI, hiển thị thông số đếm loại sản phẩm,…  Nghiên cứu thêm tín hiệu tương tự PLC để tăng tốc độ xử lí hệ thống  Quản lí giám sát hệ thống qua thiết bị di động GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 42 c CHƯƠNG VI NGUỒN THAM KHẢO https://advancecad.edu.vn/ https://mesidas.com/ https://wikipedia.com/ https://dienelectric.com/ https://mtee.vn/ https://new.siemens.com/ https://hoplongtech.com/ https://plctech.com.vn/ https://nshopvn.com/ https://www.youtube.com/ https://hshop.vn/ https://siemens-vietnam.vn/ http://dienngocanh.com/ https://www.dailysiemens.net/ https://vnqtech.com/ GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 43 c PHỤ LỤC Kết nối TCS34725 với Arduino – Cách kết nối: PLC sẽ nhận giá trị từ cảm biến thông qua Arduino UNO R3, có kiểu giao tiếp của TCS34725 với Arduino: I2C và UART o I2C: để giao tiếp I2C, ta nối chân S1 và G, chân SCL và SDA kết nối với Arduino Hoặc cũng có thể nối chân G và S0, chân CT và DR kết nối với Arduino Chân Vcc nối với nguồn 3.3 ~ 5VDC, GND 0V o UART: để giao tiếp UART, ta chỉ cần nối chân CT và chân DR với Arduino Chân Vcc nối với nguồn 3.3 ~ 5VDC, GND 0V TCS34725(ký hiệu các chân) GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 44 c Code Arduino GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 45 c ... assignment này, thông qua kiến thức chuẩn giao tiếp truyền thông công nghiệp học chúng em kết hợp thực thiết kế hệ thống truyền thông PLC s7- 1200 với adruino để phân loại sản phẩm theo màu sắc Được... AC16301 Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ Hệ: CAO ĐẲNG 1.Tên đề tài: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG PLC S7- 1200 VỚI ADRUINO ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC” Nội dung... nghiệp, nhóm chúng em định thực đề tài “ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TRUYỀN THÔNG PLC S7- 1200 VỚI ADRUINO ĐỂ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC” GVHD: NGUYỄN VĂN NGA c LỜI CẢM ƠN Để hồn thành assignmet này,