Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGÔ HÀ QUANG THỊNH Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp: Nguyễn Đức Hoàn 1811051592 18DTDA3 Trịnh Hữu Huy 1811051594 18DTDA3 TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ TÊN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ABSTRACT LỜI MỞ ĐẦU 17 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 19 1.1 Giới thiệu chung 19 1.2 Phân loại sản phẩm theo màu sắc 19 1.2.1 Khái quát 19 1.2.2 Nguyên lý hoạt động 20 1.2.3 Nhận xét 20 1.2.4 Ứng dụng 20 1.2.5 Kết luận 20 1.2.6 Mục tiêu thiết kế 20 1.2.7 Yêu cầu 20 1.2.8 Nội dung thiết kế 21 1.2.9 Các cơng cụ phần mềm tính tốn 21 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN GIẢI PHÁP 22 2.1 Tổng quan hệ thống điều khiển 22 2.2 Giới thiệu PLC 23 2.2.1 Lịch sử phát triển PLC 23 2.2.2 Vai trò PLC 25 2.2.3 Các thiết bị nhập xuất dùng PLC 26 2.2.3 Hệ thống điều khiển cổ điển khó khăn 27 2.2.4 Cấu trúc phần cứng PLC 30 2.2.5 Hoạt động PLC 30 2.2.6 Các bước thiết kế hệ thống điều khiển dùng PLC 33 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 2.2.7 Ứng dụng PLC 37 2.2.8 Board PLC S7-1200 DC/DC/RLY 38 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 40 3.1 Giới thiệu mơ hình 40 3.2 Chức phần 40 3.3 Thiết kế khối 41 3.3.1 Khối cảm biến 41 3.3.2 Khối xử lý màu sắc 42 3.3.3 Khối băng chuyền 42 3.3.4 Hệ thống khí nén 42 3.3.5 Khối xử lý trung tâm 43 3.3.6 Khối nguồn 47 3.3.7 Arduino Uno R3 48 3.4 Cảm biến màu sắc 56 3.4.1 Cảm biến màu sắc TCS3200 57 3.4.2 Mạch relay kênh 57 3.5 Băng tải 58 3.5.1 Khái niệm 58 3.5.2 Cấu tạo băng tải 59 3.5.3 Nguyên lý làm việc băng tải 60 3.6 Động giảm tốc DC 24V DS400 61 3.6.1 Giới thiệu 61 3.7 Cảm biến hồng ngoại phát vật cản E3F-DS30C4 62 3.7.1 Giới thiệu 62 3.8 Nguồn tổ ong 64 3.8.1 Giới thiệu 64 3.9 Mạch giảm áp 65 3.9.1 Giới thiệu 65 3.10 Hệ thống xylanh (Tay gắp) 66 3.10.1 Giới thiệu 66 10 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 3.10.2 Xylanh đẩy SMC CXSM25x20 66 3.10.3 Xylanh kẹp SMC MHZ2- 16D 67 3.10.4 Xylanh xoay SMC MSQB30R 68 3.11 Máy nén khí mini OSIMA 9L 69 3.12 Nút nhấn LA38-11BN 70 3.13 Nút nhân Emergency 71 3.14 CB PS45N C16 400V 72 3.15 Relay trung gian MY4N-D2 73 3.16 Valse khí nén điện từ 5/2 73 CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THIẾT KẾ PHẦN MỀM 75 4.1 Lưu đồ giải thuật 75 4.1.1 Lưu đồ giải thuật chương trình 75 4.2 TIA PORTAL V17 79 4.2.1 Lập trình chương trình PLC TIA PORTAL V17 79 4.3 Lập trình Arduino 85 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ, THI CÔNG VÀ CHẠY THỬ MƠ HÌNH 89 5.1 Thiết kế thi công băng tải 89 5.2 Thiết kế thi cơng hệ thống xylanh khí nén dạng tay gắp sản phẩm 90 5.3 Thiết kế mạch động lực cho hệ thống 91 5.4 Sơ đồ đấu dây Arduino 92 5.5 Thiết kế mạch điều khiển cho hệ thống PLC 93 5.6 Thiết kế chạy thử mơ mơ hình TIA PORTAL V17 95 5.7 Thi công hồn thiện mơ hình thực tế 96 CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 97 6.1 Đánh giá kết 97 6.1.1 Thực kết 97 6.1.2 Đánh giá 97 6.2 Kết luận 97 6.2.1 Thực 97 6.2.2 Chưa thực 98 11 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 6.2.3 Thuận lợi 98 6.2.4 Khó khăn 98 6.2.5 Đề nghị 98 6.3 Hướng phát triển đề tài 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 PHỤ LỤC 101 12 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Phân loại sản phẩm theo màu công nghiệp 21 Hình 2.1 Hệ thống điều khiển PLC 22 Hình 2.2: Sơ đồ khối cấu tạo PLC 23 Hình 2.3 Các thiết bị kết nối với ngõ vào PLC 26 Hình 2.4 Các thiết kết nối ngõ PLC 27 Hình 2.5 Cấu trúc phần cứng PLC 30 Hình 2.6 Minh họa hoạt động PLC 31 Hình 2.7 Chu kì vịng qt PLC 32 Hình 2.8 Lưu đồ xây dựng chương trình PLC 35 Hình 2.9 Lưu đồ xây dựng chương trình PLC 36 Hình 2.10 Ứng dụng PLC 37 Hình 2.11 Board PLC S7-1200 DC/DC/RLY 38 Hình 2.12 Các tính Board PLC S7-1200 DC/DC/RLY 39 Hình 2.13 Module mở rộng lập trình PLC S7-1200 39 Hình 3.1 Các khối chức 40 Hình 3.2 Cấu tạo PLC Board 44 Hình 3.3 PLC S7-1200 1214C DC/DC/RLY 45 Hình 3.4 Bản vẽ PLC S7-1200 1214C DC/DC/RLY 45 Hình 3.5 Board PLC S7-1200 1214C DC/DC/RLY 46 Hình 3.6 Kết nối ethernet 46 Hình 3.7 Những phiên Arduino 49 Hình 3.8 Arduino Uno 50 Hình 3.9 Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn 52 Hình 3.10 Các lỗ vít giúp cố định vị trí Arduino 53 Hình 3.11 Các ngõ vào/ngõ Arduino 54 Hình 3.13 Một số shield thơng dụng 56 Hình 3.14 Cảm biến màu TCS3200 57 Hình 3.15 Mạch relay kênh 5VDC 58 Hình 3.16 Băng tải 59 13 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 Hình 3.17 Động giảm tốc DS400 61 Hình 3.18 Cảm biến hồng ngoại phát vật cản E3F-DS30C4 62 Hình 3.19 Nguồn tổ ong 64 Hình 3.20 Mạch giảm áp DC LM2596 3A 65 Hình 3.21 Xylanh đẩy SMC CXSM25x20 66 Hình 3.22 Catalog xylanh đẩy SMC CXSM25x20 67 Hình 3.23 Xylanh kẹp SMC MHZ2- 16D 67 Hình 3.25 Xylanh xoay SMC MSQB30R 68 Hình 3.26 Catalog xylanh xoay SMC MSQB30R 69 Hình 3.27 Máy nén khí khơng dầu OSIMA 9L 70 Hình 3.28 Nút nhấn LA38-11BN 70 Hình 3.29 Nút dừng khẩn cấp (Emergency) 71 Hình 3.30 CB PS45N C16 400V 72 Hình 3.31 Relay trung gian MY4N-D2 73 Hình 3.32 Van điện từ khí nén 5/2 74 Hình 4.1 Sơ đồ khối hoạt động khâu xử lý màu sắc sản phẩm ban đầu 75 Hình 4.2 Sơ đồ khối hoạt động chu trình gắp 76 Hình 4.3 Sơ đồ khối hoạt động chu trình phân loại 77 Hình 4.4 Phơi sản phẩm 78 Hình 4.5 Code lập trình PLC phần mềm TIA PORTAL V17 84 Hình 4.6 Biểu tượng phần mềm Arduino 85 Hình 4.7 Giao diện lập trình Arduino 85 Hình 4.8 Chương trình code Arduino 87 Hình 4.9 Nạp chương trình cho board Arduino thành công 88 Hình 5.1 Thiết kế mơ băng tải cho hệ thống phần mềm Solidworks 89 Hình 5.2 Thi cơng hồn thiện băng tải cho mơ hình 89 Hình 5.3 Mơ hệ thống xy lanh khí nén dạng tay gắp sản phẩm phần mềm SolidWorks 90 Hình 5.4 Thi cơng hồn thiện hệ thống xylanh khí nén dạng tay gắp sản phẩm cho mơ hình 90 Hình 5.5 Mạch động lực băng tải, relay trung gian van điện từ 91 14 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 Hình 5.6 Mạch động lực van điện từ xylanh 92 Hình 5.7 Sơ đồ đấu dây Arduino 92 Hình 5.8 Mạch điều khiển ngõ vào PLC 93 Hình 5.9 Mạch điều khiển ngõ PLC 93 Hình 5.10 Mạch dừng khẩn cấp hệ thống…………………………………………………… 92 Hình 5.11 Mơ mơ hình TIA PORTAL V17 95 Hình 5.12 Mơ hình ĐATN hồn thiện 96 15 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: So sánh sơ hệ điều khiển 29 Bảng 3.1 Một vài thông số Arduino UNO R3 51 Bảng 5.1: Bảng khai báo Input, Output 94 Bảng 6.1 Quá trình thực kết 97 16 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ cao khái niệm sản xuất tự động hố đại ln phát triển khơng ngừng Các kỹ sư giới liên tục phát minh cho sản phẩm, phát minh mang tính dột phá sáng tạo, thiết bị tự động nhằm phục vụ đời sống, nâng cao chất lượng công việc, giải nhiều vấn đề công nghiệp Dùng PLC làm cốt lỗi trình thiết kế, vận hành phát triển, sản phẩm,phát minh mang lại giá trị lớn cho doanh nghiệp, nhờ mà họ giảm áp lực sức khỏe cho công nhân đảm bảo độ xác dây chuyền vận hành, mang lại hiệu cao Qua lời nhóm em xin giới thiệu đề tài đồ án tốt nghiệp nhóm em, đề tài “ hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc.” Từ lâu rồi, người biết phân loại sản phẩm thức ăn, nước uống vật thể có màu sắc khác nhau, cách mà người khứ phân loại cịn thơ sơ, tốn sức thời gian Bằng phát triển mạnh mẽ, người biết ứng dụng máy móc vào cơng việc, thay sức lao động chân tay Vậy nên, dây chuyền phân loại sản phẩm đời phát triển Hiện nay, giới có nhiều doanh nghiệp lớn ứng dụng dây chuyền, hệ thống phân loại họ đem lại nguồn lợi nhuận cao nhiên, chi phát lắp đặt cao nên doanh nghiệp có tầm cỡ, doanh nghiệp có quy mơ lớn lắp đặt hệ thống phân loại tân tiến, Việt Nam dụng sức người để phân loại sản phẩm khác nhiều Nhóm chúng em trình bày đề tài “Hệ thơng phân loại màu sắc”, nhóm tiến hành nghiên cứu thực hiện.Với mơ hình này, phát triển thêm thành hệ thống hồn chỉnh,có thể giúp người dễ dàng sử dụng, vận hành điều chỉnh, thay lạo động chân tay giúp giảm nhân công, tiền bạc, tăng suất làm việc, đồng thời làm giảm chi phí lắp đặt vận hành phải đầu tư hệ thống lớn 17 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 Bảng 5.1: Bảng khai báo Input, Output STT Tên Địa Loại tín hiệu Chú giải START Di 0.0 Input Nút nhấn Start STOP Di 0.1 Input Nút nhấn Stop CB1 Di 0.2 Input Cảm biến quang đầu băng tải CB2 Di 0.3 Input Cảm biến quang cuối băng tải NO1 Di 0.4 Input Chân tín hiệu màu đỏ gửi từ Arduino PLC NO2 Di 0.5 Chân tín hiệu màu xanh gửi từ Input Arduino PLC NO3 Di 0.6 Chân tín hiệu màu vàng gửi từ Input Arduino PLC K4 DQ 0.0 Chân tín hiệu kích relay trung gian điều Output khiển động băng tải K5 DQ 0.1 Output Chân tín hiệu kích relay trung gian van điện từ (Xylanh xoay – cánh tay robot) 10 K6 DQ 0.2 Output Chân tín hiệu kích relay trung gian van điện từ (Xylanh nâng – cánh tay robot) 11 K7 DQ 0.3 Output Chân tín hiệu kích relay trung gian van điện từ (Xylanh đẩy – cánh tay robot) 12 K8 DQ 0.4 Output Chân tín hiệu kích relay trung gian van điện từ (Xylanh kẹp – cánh tay robot) 94 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 Hình 5.10 Mạch dừng khẩn cấp hệ thống (Nguồn: Từ đề tài ĐATN nhóm tác giả) 5.6 Thiết kế chạy thử mơ mơ hình TIA PORTAL V17 Hình 5.11 Mơ mơ hình TIA PORTAL V17 (Nguồn: Từ đề tài ĐATN nhóm tác giả) 95 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 5.7 Thi công hồn thiện mơ hình thực tế Hình 5.12 Mơ hình ĐATN hồn thiện (Nguồn: Từ đề tài ĐATN nhóm tác giả) • Kích thước thơng số linh kiện: Tên linh kiện Kích thước, thơng số Tấm gỗ 1000x500x300 mm Kệ chứa sản phẩm 250x80x120 mm Khoảng cách kệ chứa 50 mm Phôi sản phẩm 30x30x40 mm Băng tải 400x60x150 mm Cánh tay robot khí nén 160x80x250 mm Khoảng cách từ cánh tay tới kệ chứa 300 mm Khoảng cách từ cánh tay tới băng tải 250 mm 96 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 6.1 Đánh giá kết 6.1.1 Thực kết Bảng 6.1 Quá trình thực kết Tổng số lần Sản phẩm Số lần phân loại thử nghiệm Số lần không phân loại Đỏ 20 17 Xanh 20 16 Vàng 20 19 Tổng hiệu suất 86.6% 6.1.2 Đánh giá – Mơ hình chưa hoạt động xác 100% ảnh hưởng ánh sáng Sự thay đổi ánh sáng môi trường xung quanh tác động đến việc nhận dạng phần mềm xử lý ảnh Vì cảm biến TCS3200 thiết bị vô nhạy cảm với ánh sáng, cần có thay đổi nhỏ ánh sáng dẫn đến nhận dạng sai – Xi lanh khí nén bị thiếu áp suất nên có sai sót khâu đưa sản phẩm vào thùng chứa – Giám sát chưa thực đồng hoá thời gian thực hệ thống 6.2 Kết luận 6.2.1 Thực – Nắm vững cấu tạo, đặc điểm thiết bị: PLC, cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, cảm biến màu sắc,… Qua hiểu cách điều khiển, lập trình kết nối điều khiển lập trình PLC với thiết bị ngoại vi 97 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 – Biết thêm đấu nối thiết bị cho có liên kết, đẹp thẩm mĩ, chặc chẻ, an toàn – Biết thêm phầm mềm học tập liên quan PLC, Arduino, HMI, TIA PORTAL Microsoft Visio 6.2.2 Chưa thực – Hệ thống phân loại sản phẩm hệ thống có khả điều chỉnh nhanh thiết bị, nghiên trình hoạt động cho thấy chưa ăn khớp Cũng việc sử dụng khơng đồng hệ thống tự động hố mà q trình sản xuất chưa đạt kết tốt – Mơ hình chưa hồn với đề tài đăng ký – Còn nhiều hạn chế cho mơ hình 6.2.3 Thuận lợi - Được thầy hướng dẫn bảo tận tình, bạn bè anh chị góp ý - Mơi trường nghiên cứu động, gần với thực tiễn - Sau thực tế thực tập tốt nghiệp làm quen thêm nhiều thiết bị, học thêm nhiều chun mơn, mơ hình - Được q cơng ty hổ trợ thêm dụng cụ để làm mơ hình 6.2.4 Khó khăn - Hạn chế tài liệu tiếng Việt, đa số tiếng Anh tiếng Trung - Khó khăn mặt tài 6.2.5 Đề nghị - Cải thiện nguồn sáng để tăng hiệu suất nhận dạng - Tìm hiểu thêm nhiều phương pháp mới, đại có tính xác xử lí cao - Quy mơ lớn hơn, thiết bị đại mơ hình 98 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 6.3 Hướng phát triển đề tài - Để phù hợp với kinh tế, thời gian yếu tố khách quán khác, hướng phát triển nhóm đề ra: • Cần thiết kế cải thiện nguồn sáng cho cảm biến • Sử dụng cảm biến cơng nghiệp để có độ xác ổn định • Lắp thêm hình HMI để tiện giám sát quy trình xử lý tình 99 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo: [1] Lê Văn Tiến Dũng, Điều khiển lập trình PLC mạng PLC Nhà xuất bản: HUTECH, năm 2004 [2] Trần Thế San, “Hướng dẫn thiết kế lập trình PLC”, NXB Đà Nẵng, 2005 [3] Sách Lập Trình PLC Biên soạn: Nguyễn Vạn Quốc [4] ThS Phạm Quốc Phương, Cảm biến xử lý tín hiệu đo, Đại học công nghệ TPHCM, Năm 2017, Bài 5: Cảm biến dùng đo lường Website: [1] https://solidworks.stdc.edu.vn/ [2] http://thuykhicongnghiep.vn [3] www.alldatasheet.com [4] www.datasheetarchive.com [5] www.relayspec.com 100 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 PHỤ LỤC CATALOG CÁC THIẾT BỊ Máy nén khí mini OSIMA 9L Van khí nén điện tử 5/2 101 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 PLC S7-1200 DC/DC/RLY 102 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 103 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 104 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 Cảm biến màu TCS3200 105 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 Relay trung gian MY4N-D2 106 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 107 Đồ án tốt nghiệp MÃ ĐỀ TÀI: 245 108 ... thi công hệ thống phân loại sản phẩm theo màu Cảm biến phân loại màu sắc đặt băng tải, sản phẩm qua cảm biến cảm biến phát màu sắc nhận biết sản phẩm thuộc màu nào, sau tay gắp gắp sản phẩm đến... màu sắc Cảm biến màu có khả nhận biết màu sắc dựa màu chủ đạo xanh lá, vàng, đỏ Sản phẩm có giá thành rẻ ứng dụng nhiều hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc, ô tô di chuyển theo dòng kẻ màu. .. cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc khác Lập trình Arduino cho cảm biến màu sắc lập trình PLC cho băng tải xy lanh Hệ thống điều khiển PLC để phân loại sản phẩm theo màu sắc khác (đỏ,