Đồ án môn học 2 đề tài điều khiển và giám sát hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC Mã lớp học phần: 212PLCR611146 Học kỳ – Năm học: 2021 – 2022 GVHD: ThS Nguyễn Tấn Đời SVTH: Lê Trung Quí MSSV: 19154050 Phạm Cơng Quyền MSSV: 19154052 TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 LỜI CẢM ƠN Lời chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung, thầy khoa Điện – Điện Tử nói riêng dạy dỗ cho em kiến thức mơn tạo tiền đề giúp chúng em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ chúng em suốt trình học tập Chúng em xin gửi lời tri ân biết ơn sâu sắc đến ThS Nguyễn Tấn Đời người thầy tận tình hướng dẫn, bảo chúng em suốt trình làm đồ án Cùng với nỗ lực cải chúng em bảo tận tình thầy kiến thức kinh nghiệm chúng em cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót mong nhận thơng cảm từ thầy Chúng em mong giúp đỡ tham khảo ý kiến thầy bạn nhằm đóng góp phát triển thêm đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực đồ án Lê Trung Q Phạm Cơng Quyền MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Bố cục đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài .1 1.3 Giới hạn nội dung đề tài .2 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .3 2.1 Giới thiệu chung hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 2.2 Lý thuyết vấn đề liên quan đến hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 2.2.1 Cấu tạo 2.2.2 Nguyên lí hoạt động 2.2.3 Ưu, nhược điểm hệ thống 2.2.4 Ứng dụng .4 2.3 Giới thiệu PLC S7-1200 ứng dụng .4 2.3.1 Khái niệm PLC 2.3.2 Cấu trúc chung PLC 2.3.3 Ưu điểm PLC 2.3.4 Ứng dụng .7 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC 3.1 Quy trình vận hành hệ thống 3.2 Thiết kế phần điện 3.2.1 Các yêu cầu chức điện, van khí nén cho hệ thống 3.2.2 Thiết kế sơ đồ khối 3.2.3 Chọn thiết bị khối 3.2.4 Sơ đồ nối dây thiết bị 19 3.3 Thiết kế lưu đồ điều khiển 19 3.4 Thiết kế giao diện SCADA 21 3.4.1 Cấu hình thiết bị 21 3.4.2 Thiết kế giao diện SCADA 21 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG ẢO 23 4.1 Giới thiệu phần mềm Factory IO 23 4.1.1 Giới thiệu chung phần mềm Factory IO 23 4.1.2 Các hệ thống, đối tượng phần mềm 23 4.1.3 Kết nối Factory IO với điều khiển PLC 23 4.2 Thiết kế hệ thống ảo 25 4.3 Vận hành hệ thống ảo 27 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỰC HIỆN 30 5.1 Kết điều khiển giám sát 30 5.2 Kết xây dựng hệ thống ảo 30 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỀN 31 6.1 Kết luận 31 6.2 Hướng phát triển đề tài 31 DANH SÁCH TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan đề tài 1.1.1 Giới thiệu chung Điều khiển tự động hóa áp dụng hầu hết lĩnh vực đời sống hàng ngày, từ thiết bị điện tử tự động dân dụng đến dây chuyền sản xuất đại hay thiết bị thông minh, robot thơng minh, nhà máy Do cần phải nắm bắt vận dụng điều khiển tự động cách hiệu nhằm đáp ứng nhu cầu thiết yếu sống người, đóng góp vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Sau tìm hiểu, nghiên cứu đề tài cơng trình trước đây, chúng em thấy nhiều khâu tự động hóa q trình sản xuất Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa chưa áp dụng khâu phân loại mà cịn sử dụng nhiều nhân cơng, nhiều cho suất không hiệu Từ kiến thức học trường muốn tạo hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo độ xác cao màu sắc sản phẩm, nhóm em định chọn đề tài: “Điều khiển giám sát hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc” Hệ thống phân loại sản phẩm sử dụng điều khiển lập trình PLC Siemens, hoạt động nguyên lý dùng cảm biến để xác định màu sắc sản phẩm Sau dùng xi lanh để phân loại sản phẩm có màu sắc khác 1.1.2 Bố cục đề tài Chương 1: Mở đầu Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Chương 3: Thiết kế hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Chương Thiết kế hệ thống ảo Chương Kết thực Chương 6: Kết luận hướng phát triển 1.2 Mục tiêu đề tài - Tìm hiểu nghiên cứu sâu PLC S7 – 1200 - Mô qua Factory IO thiết kế giao diện SCADA - Hệ thống có khả đếm phân loại sản phẩm có màu khác - Khi nghiên cứu đề tài chúng em muốn vận dụng sản phẩm công nghệ khoa học tiên tiến áp dụng vào trình sản xuất tự động nhằm tạo suất, chất lượng giảm thiểu sức người sản xuất công nghiệp - Đây đồ án môn học để chúng em hồn thành chương trình học tập trường Chứng minh khả năng, lực thân để sau trường trở thành kỹ sư giỏi đóng góp nhiều cho công nghiệp nước nhà xã hội 1.3 Giới hạn nội dung đề tài - Thiết kế mơ hình giám sát phân loại sản phẩm theo màu sắc - Sơ lược cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống - Hệ thống thiết kế phần cứng mô hệ thống phần mềm Factory IO SCADA - Hệ thống phân loại theo màu: Xanh lục, đỏ vàng CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu chung hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Nhằm phục vụ nhiệm vụ đại hóa quy trình sản xuất, hệ thống phân loại sản phẩm màu sắc đời công cụ hiệu giúp thay người cơng việc phân loại, góp phần nâng cao hiệu cơng việc Một hệ thống hồn chỉnh phân loại sản phẩm với độ tin cậy cao, hoạt động liên tục giảm tối đa thời gian trì hỗn hệ thống Hơn nữa, cơng việc địi hỏi tập trung cao có tính tuần hồn, nên cơng nhân khó đảm bảo xác cơng việc Điều ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm uy tín nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống giám sát phân loại sản phẩm màu sắc đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách 2.2 Lý thuyết vấn đề liên quan đến hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc 2.2.1 Cấu tạo Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có cấu tạo gồm: - Cảm biến màu sắc - Băng tải - Nút nhấn - Xi lanh - Cảm biến quang 2.2.2 Nguyên lí hoạt động Khi băng tải hoạt động đưa sản phẩm qua vị trí cảm biến nhận biết màu sắc cài đặt sẵn, sản phẩm sản phẩm đỏ băng tải đưa sản phẩm đến vị trí cảm biến xylanh sản phẩm đỏ tác động đẩy sản phẩm xuống thùng hàng Tương tự với sản phẩm màu xanh xylanh sản phẩm xanh tác động Cuối sản phẩm màu vàng đến thùng chứa cuối băng tải 2.2.3 Ưu, nhược điểm hệ thống a Ưu điểm Nâng cao hiệu công việc, độ tin cậy cao, hoạt động liên tục giảm tối đa trì hỗn hệ thống Giúp cho việc quản lý giám sát trở nên đơn giản, khơng thay đổi điều kiện làm việc cơng nhân mà cịn giảm số lượng cơng nhân đến mức tối đa… Dễ dàng nghiên cứu mở rộng thêm Giao diện quản lý trực quan, dễ giám sát điều khiển hệ thống b Nhược điểm Chi phí lắp đặt cho hệ thống lớn Chỉ phân loại màu Tốc độ xử lý chậm, xử lý sản phẩm, tồn sai số 2.2.4 Ứng dụng Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc ứng dụng nhiều ngành công nghiệp như: - Ứng dụng dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite - Ứng dụng dây chuyền phân loại sản phẩm chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo)… Ứng dụng ngành công nghiệp thực phẩm bánh kẹo, hoa Hệ thống giúp nhà sản xuất tốn nhân cơng lao động giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao suất lao động 2.3 Giới thiệu PLC S7-1200 ứng dụng 2.3.1 Khái niệm PLC PLC viết tắt Programmable Logic Controller thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình Người sử dụng lập trình để thực trình tự yêu cầu từ đơn giản đến phức tạp Các yêu cầu đưa tín hiệu đầu vào PLC (có hai loại đầu vào digital analog) tuỳ thuộc nhu cầu thuật toán nhu cầu người sử dụng PLC hoạt động theo phương thức quét trạng thái đầu vào đầu Khi có tín hiệu đầu vào đầu thay đổi tuỳ theo người lập trình 2.3.2 Cấu trúc chung PLC PLC nhiều hãng chế tạo, hãng có nhiều họ khác nhau, có nhiều phiên họ, chúng khác tính giá thành, phù hợp với tốn đơn giản hay phức tạp Ngồi cịn có ghép mở rộng cho phép ghép nhiều PLC nhỏ để thực chức phức tạp, hay giao tiếp với máy tính tạo thành mạng tích hợp, việc thực theo dõi, kiểm tra, điều khiển q trình cơng nghệ phức tạp hay toàn phân xưởng sản xuất Mặc dù vậy, hệ thống điều khiển dùng loại PLC có cấu trúc sau: Ngõ vào dạng số: Gồm hai trạng thái ON OFF Khi trạng thái ON ngõ vào số coi mức logic hay mức logic cao Khi trang thái OFF ngõ vào đươc coi mức logic hay mức logic thấp Ngõ số: Gồm hai trạng thái ON OFF Các ngõ thường nối để điều khiển cuộn dây contactor, đèn tín hiệu,… Thiết bị đầu vào: Các thiết bị tạo tín hiệu điều khiển thường nút nhấn, cảm biến Thiết bị chấp hành(Autuator): Là thiết bị biến đổi tín hiệu điện từ PLC thành tác động vật lý Autuator nối với ngõ PLC Chương trình điều khiển: Một chương trình bao gồm hay nhiều lệnh nhằm thực nhiệm vụ cụ thể Việc lập trình cho PLC đơn giản xây dựng tập hợp lệnh Để lập trình cho PLC này, lập trình hình thang (LAD) hay dạng câu lệnh (STL) Chương trình điều khiển định quy luật thay đổi tín hiệu output phía đầu PLC theo thay đổi tín hiệu input phía đầu vào theo mong muốn chạy phần mềm điều khiển máy tính PC nạp vào PLC thông qua cáp, nối PLC PC hay PG + Thiết bị lập trình (PG/PC): Chương trình viết thiết bị lập trình truyền xuống PLC + Cáp kết nối (cáp PPI): Thiết bị cần thiết để truyền liệu từ thiết bị lập trình xuống PLC PLC có thành phần là: Một nhớ chương trình RAM bên (có thể mở rộng thêm số nhớ ngồi EPROM) Về PLC chia thành phần sau: Input : Giao diện đầu vào Output: Giao diện đầu CPU: Bộ xử lý trung tâm - Memory: Bộ nhớ giữ liệu chương trình Poweer supply: Nguồn cấp cho hệ thống Hình 1.1: Sơ đồ cầu trúc PLC Nguồn cung cấp (Power Supply) biến đổi điện cung cấp từ bên thành mức thích hợp cho mạch điện tử bên PLC (thông thường 220VAC , 5VDC 12VDC) Phần giao diện đầu vào biến đổi đại lượng điện đầu vào thành mức tín hiệu số (digital) cấp vào cho CPU xử lý Bộ nhớ (Memory) lưu chương trình điều khiển lập người dùng liệu khác cờ, ghi tạm, trạng thái đầu vào, lệnh điều khiển đầu ra, Nội dung nhớ mã hoá dạng mã nhị phân Bộ xử lý trung tâm (CPU) thực thi lệnh chương trình lưu nhớ, xử lý đầu vào đưa kết kết xuất điều khiển cho phần giao diện đầu (output) Phần giao diện đầu thực biến đổi lệnh điều khiển mức tín hiệu số bên PLC thành mức tín hiệu vật lý thích hợp bên ngồi đóng mở rơle, biến đổi tuyến tính số tương tự, Thơng thường PLC có kiến trúc kiểu module hố với thành phần