Hiện nay việc phân loại sản phẩm vẫn còn thực hiện thủ công bởi con người, dẫn đến quá trình sản xuất bị trì trệ và năng suất lao động không cao, không bắt kịp với xu thế phát triển và đáp ứng được nhu cầu sản xuất trong nước và trên thị trường quốc tế. Với mong muốn đưa ra giải pháp nhằm khắc phục những nhược điểm trên, em xin thực hiện đề tài “Thiết kế và chế tạo mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ HỒNG ÁNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC CP1E GVHD: VÕ SONG VỆ SVTH1: PHAN NGUYÊN DUYÊN TUYẾN MSSV: 2002160359 SVTH2: ĐÀO QUỐC TĨNH MSSV: 2002160338 Lớp: 07DHDT3 TP HỒ CH MINH NĂM 2020 ii TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ HỒNG ÁNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC DÙNG PLC CP1E GVHD: VÕ SONG VỆ SVTH1: PHAN NGUYÊN DUYÊN TUYẾN MSSV: 2002160359 SVTH2: ĐÀO QUỐC TĨNH MSSV: 2002160338 Lớp: 07DHDT3 TP HỒ CH MINH NĂM 2020 iii PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN ii NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iii LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật điện tử, tự động hóa việc ứng dụng cơng nghệ điện tử, tự động hóa vào dây chuyền sản xuất quan trọng Nó đóng vai trị tích cực phát triển ngành công nghiệp, tạo sản phẩm có chất lƣợng cao, giá thành hạ, giảm bớt sức lao động ngƣời suất lao động nhờ mà đƣợc nâng cao, thúc đẩy phát triển kinh tế nói chung Việc áp dụng tự động hóa vào q trình sản xuất nhờ chƣơng trình phần mềm đƣợc cài sẵn theo yêu cầu công nghệ sản xuất Để điều khiển hoạt động dây chuyền sản xuất ngƣời ta sử dụng kết hợp điều khiển dùng vi mạch điện tử, xử lý, điều khiển PLC máy tính điều khiển Với đề tài “Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc dùng PLC CP1E” Với mục đích nghiên cứu điều khiển khả trình ứng dụng vào việc xây dựng hệ thống điều khiển dây chuyền phân loại sản phẩm Nội dung đồ án gồm chƣơng: -Chƣơng 1: Sơ lƣợc mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc -Chƣơng 2: Tổng quan điều khiển PLC -Chƣơng 3: Giới thiệu PLC OMRON CP1E-N20DR-A -Chƣơng 4: Thiết kế xây dựng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc iv LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm khóa luận em nhận đƣợc giúp đỡ nhƣ đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy Võ Song Vệ Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy Võ Song Vệ, giảng viên khoa công nghệ Điện– Điện tử Trƣờng Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo em suốt q trình làm khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Trƣờng Đại Học Cơng Nghiệp Thực Phẩm Tp HCM nói chung, thầy cô môn khoa công nghệ Điện– Điện tử nói riêng dạy cho em kiến thức môn đại cƣơng nhƣ môn chuyên ngành giúp em có đƣợc sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Mặc dù nỗ lực nhƣng khả kiến thức thời gian có hạn nên khơng thể tránh đƣợc sai sót lúc thực khóa luận Do em kính mong nhận đƣợc góp ý, bảo thầy để em có đƣợc kinh nghiệm cho công việc thực tế sau Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô bạn bè tạo điều kiện quan tâm giúp đỡ động viên em suốt q trình học tập hồn thành khóa luận v TĨM TẮT ĐỀ TÀI Thiết kế mơ hình theo u cầu: phân biệt đƣợc màu sắc khác Tìm hiểu cách sử dụng phận có mơ hình: nút nhấn động băng tải val điện từ, piston role trung gian plc … Biết cách sử dụng phần mền CX-ONE để viết chƣơng trình điều khiển, nạp chƣơng trình từ máy tính đến plc ngƣợc lại( dùng để kiểm tra chƣơng trình) Trong q trình thực khóa luận cịn số điểm chƣa đƣợc hồn hảo nhƣ: vị trí sản phẩm chuẩn bị để đẩy băng chuyền có đơi lúc khơng xác thiết kế phần cứng thiếu xác, điều chỉnh piston đẩy để phân loại sản phẩm nhanh mạnh( khắc phục cách cho val piston xã chậm lại), mơ hình nên phần cứng đa số đƣợc làm bìa mơ hình nên phần chắn có giới hạn Về phần khí nén cịn hạn chế vi M ỤC L ỤC CHƢƠNG 1: SƠ LƢỢC VỀ MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan 1.2.1 Lý chọn đề tài 1.2.2 Mục tiêu 1.2.3 Phƣơng pháp phạm vi 1.3 Sơ lƣợc mơ hình 1.3.1 Sơ lƣợc băng tải 1.3.2 Động kéo băng tải 1.3.3 Role trung gian 1.3.4 Cảm biến màu LX-101 PANASONIC 1.3.5 Cảm biến tiệm cận 1.3.6 Nút nhấn 1.3.7 Piston val điện từ 10 1.3.8 Bình khí nén 12 1.4 Nguồn sử dụng 13 1.4.1 Nguồn tổ ong 13 1.4.2 CB tổng 13 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀN KHIỂN PLC 14 2.1 Giới thiệu tổng quan PLC 14 2.2 Khái niệm 14 2.3 Sơ lƣợc lịch sử PLC 15 2.4 Phân loại PLC 17 2.4.1 Theo hãng sản xuất 17 2.4.2 Theo số lƣợng đầu vào/ra: 17 2.4.3 Theo version 17 2.4.3.1 PLC Siemens 17 2.4.3.2 PLC ORON 19 2.4.3.3 Plc misubishi: 21 vii CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU PLC OMRON CP1E-N20DR-A 3.1 Giới thiệu PLC OMRON CP1E-N20DR-A - PLC OMRON CP1E-N20DR-A: Hình 3.1: PLC OMRON CP1E-N20DR-A 3.1.1 Các tính PLC CP1E-N20DR-A Kết nối với module mở rộng tƣơng tự nhƣ cho loại CP1E (tối đa module cho CPU 30,40) PLC CP1E có núm xoay điều chỉnh giá trị analog (8 bit) bên Bộ điều khiển CP1E có đầu vào tốc độ cao 10kHz (loại -E) đầu vào 10kHz đầu 100kHz (cho loại -N) Bộ nhớ 2Kstep (loại -E) 8Kstep (loại -N) PLC CP1E có đầu vào ngắt đầu vào tác động nhanh PLC CP1E Omron có chức Smart Input (nếu dùng CX-Programmer dành riêng cho CP1E) giúp cho việc lập trình nhanh trƣớc nhiều, giảm tới 30% thời gian với chƣơng trình có dung lƣợng khoảng 1,5kstep Tích hợp đèn I/O gắn vị trí đấu dây giúp quan sát dễ dàng Nguồn điện: 24 VDC | AC100-240 V, 50/60Hz Ngôn ngữ lập trình: Ladder Dung lƣợng nhớ: kWords | kWord Thời gian thực lệnh: 1.19 µs (lệnh bản), 7.9 µs (lệnh đặc biệt) Hỗ trợ chuẩn truyền thông: CompoBus/S Ethernet 28 3.1.2 Thông số kĩ thuật CP1E-N20DR-A Điện áp nguồn: 220AC Số ngõ vào: 12 Số ngõ ra: 8, Relay Ngõ vào interrupt: inputs (độ rộng xung 50µs min.) Ngõ vào tác động nhanh: inputs (độ rộng xung 50µs min.) Bộ nhớ máy: 8k steps, 8k words Số timer: 256 Trang bị sẵn cổng Usb 2.0 Có thể gắn thêm module: RS-232 / 485 / 422 3.2 Ƣu - nhƣợc điểm PLC Sự đời hệ điều khiển PLC làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển nhƣ khái niệm thiết kế chung, hệ điều khiển dùng PLC có ƣu điểm sau: – Giảm đến 80% số lƣợng dây nối – Công suất tiêu thụ PLC thấp – Khả tự chuẩn đốn giúp cho việc sửa chữa đƣợc nhanh chóng dễ dàng – Chức điều khiển thay đổi dễ dàng thiết bị lập trình, khơng có yêu cầu thay đổi đầu vào khơng cần phải nâng cấp phần cứng – Giảm thiểu số lƣợng rơle timer so với hệ điều khiển cổ điển – Không hạn chế số lƣợng tiếp điểm sử dụng chƣơng trình – Thời gian để chu trình điều khiển hồn thành vài ms điều làm tăng tốc độ suất PLC – Chƣơng trình điều khiển đƣợc in giấy thời gian ngắn giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì sửa chữa hệ thống – Chức lập trình dễ dàng, ngơn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học – Kích thƣớc nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa – Dung lƣợng chƣơng trình lớn để chứa đƣợc nhiều chƣơng trình phức 29 tạp – Hồn tồn tin cậy môi trƣờng công nghiệp – Dễ dàng kết nối đƣợc với thiết bị thơng minh khác nhƣ: máy tính, kết nối mạng Internet, module mở rộng – Độ tin cậy cao, kích thƣớc nhỏ – Giá bán cạnh tranh Đặc trƣng tất dòng PLC khả lập trình đƣợc, số IP dải quy định cho phép PLC hoạt động môi trƣờng khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi độ tin cậy, tỉ lệ hƣ hỏng thấp, thay hiệu chỉnh chƣơng trình dễ dàng, khả nâng cấp thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lƣợng đầu vào nhập đầu xuất đƣợc đáp ứng tuỳ nghi khả xem tiêu chí cho nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho hệ thống hoạt động tự động 3.3 Thực chƣơng trình PLC thực chƣơng trình theo chu trình lặp, vùng lặp đƣợc gọi vùng quét (scan) Bắt đầu mối vùng quét việc qt tín hiệu vào Trong q trình quét trạng thái thời mội tín hiệu vào đƣợc chứa bảng ảnh Việc quét đầu vào nhanh, việc quét phụ thuộc vào module vào, xung nhịp nhƣ đặc tính riêng loại CPU thực chƣơng trình sử dụng Công việc thực từ lệnh đến lệnh cuối chƣơng trình (lệnh MEND) Nhƣ thời gian thực chƣơng trình phụ thuộc vào độ dài chƣơng trình độ phức tạp lệnh đặc tính kỹ thuật loại CPU Hình 3.2: Chu vùng quét CPU PLC 30 Trong trình thực chƣơng trình CPU làm việc với bảng ảnh Tiếp theo việc qt chƣơng trình truyền thơng nội tự kiểm tra lỗi Vùng quét đƣợc kết thúc giai đoạn chuyển liệu từ đếm ảo ngoại vi Những trƣờng hợp cần thiết phải cập nhật module trình thực chƣơng trình Các PLC đại có sẵn lệnh để thực điều Tập lệnh PLC chứa lệnh trực tiếp đặc biệt, lệnh tạm thời dùng hoạt động bình thƣờng chƣơng trình để cập nhập module sau quay lại thực chƣơng trình Thời gian cần thiết để PLC thực đƣợc vùng quét gọi thời gian vùng qt (scan time) Thời gian vịng qt khơng cố định, tức vùng quét đƣợc thực khoảng thời gian nhƣ Có vùng quét đƣợc thực lâu có vũng quét đƣợc thực nhanh phụ thuộc vào số lệnh chƣơng trình đƣợc thực hiện, vào khối lƣợng liệu đƣợc truyền thơng vịng qt Một vùng qt chiếm thời gian ngắn theo chƣơng trình điều khiển thực nhanh Tại thời điểm thực lệnh vào/ra, thông thƣờng lệnh không làm việc trực tiếp với cổng vào mà thông qua đếm ảo cổng vùng nhớ, việc truyền thông đếm ảo với ngoại vi giai đoạn CPU quản lý Khi gặp lệnh vào/ra hệ thống cho dùng công việc khác, chƣơng trình sử lý ngắt để thực lệnh cách trực tiếp với cổng vào/ra Nếu sử dụng chế độ ngắt chƣơng trình tƣơng ứng với tín hiệu ngắt đƣợc soạn thảo cài đặt nhƣ phận chƣơng trình Chƣơng trình xử lý ngắt đƣợc thực vịng qt xuất tín hiệu báo ngắt xảy điểm vòng quét 3.4 Các loại đèn LED thị PLC –POWER ( màu xanh): + Sáng: PLC hoạt động bình thƣờng +Tắt: PLC khơng đƣợc cấp điện ( khơng có điện điện yếu …) –RUN ( màu xanh): + Sáng: PLC hoạt động chế độ RUN hay MONITOR +Tắt: PLC chế độ PROGRAM bị dừng –ERR/ALM ( màu đỏ): +Sáng: PLC bị lỗi nghiêm trọng ( chƣơng trình PLC ngừng chạy), bao gồm 31 lỗi FALS hay lỗi phần cứng (WDT) Tất đầu tắt +Nhấp nháy: PLC gặp lỗi không nghiêm trọng ( PLC tiếp tục hoạt động chế độ RUN) +Tắt: PLC hoạt động bình thƣờng –PRPHL (màu vàng): +Sáng: Đang truyền thông tin qua cổng USB +Tắt: Hiện khơng có truyền thơng tin qua cổng USB –INH (màu vàng): +Sáng: Bít bắt đầu ( A500.15) bật Lúc tất đầu PLC tắt, chƣơng trình điều khiển +Tắt: Hoạt động bình thƣờng –BKUP (màu vàng): +Sáng: Chƣơng trình thơng số hay nhớ liệu đƣợc ghi vào nhớ flash hay card nhớ Chƣơng trình thơng số hay nhớ liệu đƣợc đọc lại từ nhớ sau bật điện Lƣu ý: Không tắt điện đèn sáng +Tắt: Hoạt động bình thƣờng 32 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC 4.1 Mô tả sơ lƣợc mơ hình Hệ thống phân loại sản phẩm gồm: - Động băng tải (M1): kéo băng tải vận chuyển sản phẩm, có nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm đến vị trí cảm biến để phân loại - piston 1: dùng để đẩy màu thứ 1( đỏ) - piston 2: dùng để đẩy màu thứ 2( xanh) - piston 3: dùng để đẩy hàng vào băng tải Hệ thống có cảm biến: - Cảm biến tiệm cận 1: xác định xem có sản phẩm để piston đẩy hàng vào băng tải - Cảm biến tiệm cận 2: xác định màu lại - Cảm biến màu thứ (CB1): nhận biết màu thứ 1(đỏ) - Cảm biến màu thứ hai (CB2): nhận biết màu thứ 2(xanh) Trong khoảng thời gian khơng có sản phẩm M1 dừng lại Muốn hệ thống hoạt động phải nhấn ON 4.2 Các yêu cầu hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm Có yêu cầu hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm: - Hoạt động tự động từ khâu đƣa sản phẩm đến vị trí cảm biến đến khâu đẩy sản phẩm vào vị trí - Nhận biết xác màu sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật - Piston đẩy sản phẩm vào vị trí - Độ an tồn lao động phải đƣợc đảm bảo tuyệt đối 33 4.3 Nguyên lý hoạt động dây chuyền phân loại sản phẩm Khi nhấn nút ON động hoạt động kéo băng tải chạy, cảm biến phát sản phẩm có chỗ chứa sản phẩm piston đẩy sản phẩm vào băng tải đƣa sản phẩm đến vị trí cảm biến màu: Cảm biến màu 1(đỏ) phát màu 1(đỏ) piston đẩy sản phẩm khỏi băng tải đến vị trí chứa sản phẩm, khơng phát đƣợc sản phẩm đến cảm biến màu 2( xanh) phát màu 2( xanh) piston đẩy sản phẩm khỏi băng tải đến vị trí chứa sản phẩm, hai cảm biến màu khơng phát màu cịn lại đƣợc cảm biến tiệm cận phát theo băng tải đến vị trí chứa sản phẩm Q trình phân loại đƣợc thực thiện sản phẩm một, sản phẩm trƣớc phân loại xong piston đẩy sản phẩm vào băng tải để tiếp tục phân loại Trong q trình phân loại khơng có sản phẩm khoảng thời gian hệ thống tự dừng, muốn hệ thống hoạt động lại phải nhấn ON q trình chờ sản phẩm nhấn ON để piston đẩy sản phẩm vào băng tải Để dừng hệ thống ta nhấn nút OFF 34 4.4 Lƣu đồ thuật toán điều khiển - Lƣu đồ thuật toán cho mơ hình phân loại sản phẩm Hình 4.1: Lƣu đồ thuật tốn - Chú thích: ĐC: động kéo băng tải hoạt động CBH: cảm biến hàng CBM1: cảm biến màu CBM2: cảm biến màu MCL: màu lại 35 4.5 Quy định ngõ vào gắn với bit địa Ngõ vào địa chỉ: Ngõ vào ON OFF CBM1 CBM2 CBH( cảm biến tiệm cận) CBM3( cảm biến tiệm cận) Địa 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 Ngõ địa chỉ: Ngõ ĐC: Động kéo băng tải Piston 1: ( Đỏ) Piston 2: ( Xanh) Piston 3: Đẩy hàng vào băng tải Địa 100.00 100.01 100.02 100.03 36 4.6 Sơ đồ nguyên lý chƣơng trình điều khiển 4.6.1 Sơ đồ nguyên lý - Sơ đồ nguyên lý PLC dùng mơ hình Hình 4.2: Sơ đồ ngun lý PLC 37 4.6.2 Chƣơng trình điều khiển 4.6.2.1 Chƣơng trình điều khiển - Chƣơng trình điều khiển cho mơ hình Hình 4.3: Chƣơng trình điều khiển 38 4.6.2.2 Giải thích chƣơng trình điều khiển Khi nhấn ON tiếp điểm địa (0.00) đóng lại cuộn dây địa (200.00) có điện: Nếu khoảng thời gian theo nhƣ cài đặt timer( T2N) tiếp điểm địa (0.04) đóng( khơng có sản phẩm) timer bắt đầu đếm sau khoảng thời gian hệ thống dừng Nếu tiếp điểm địa (0.04) hở ra( có sản phẩm) hệ thống hoạt động Tiếp điểm có địa (200.00) đóng lại , cuộn dây có địa (100.00) có điện( băng tải hoạt động), timer( t2) bắt đầu đếm Khi tiếp điểm địa (0 04) đóng lại( có sản phẩm) tiếp điểm timer(t2 ) đóng, tiếp điểm địa (0.02), (0.03), (0.00), (0.05) lần lƣợt cảm biến màu 1, cảm biến màu 2, cảm biến màu 3, nút ON lần lƣợt đóng lại hoạt động tiếp điểm cuộn dây địa (200 01) có điện 39 Tiếp điểm địa (200 01) đóng lại cuộn dây có địa (100 03) có điện (điều khiển piston đẩy hàng vào băng tải, tiếp điểm có địa (100 03) đóng lại tự giữ, timer đếm theo thời gian cài tiếp điểm T000 hở ra, cuộn dây (100.03) điện, piston rút lại( timer có nhiệm vụ giữ để xác định piston đẩy hàng vào băng tải) Tiếp điểm có địa (0 02) đóng lại( xác định đƣợc màu cảm biến màu 1), cuộn dây có địa (100 01) có điện( piston đẩy sản phẩm xác định đƣợc màu khỏi băng tải đến vị trí chứa hàng Tiếp điểm có địa (0 03) đóng lại( xác định đƣợc màu cảm biến màu 2), cuộn dây có địa (100 02) có điện( piston đẩy sản phẩm xác định đƣợc màu khỏi băng tải đến vị trí chứa hàng 40 4.7 Mơ hình thực nghiệm Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc thực tế hồn thành: Hình 4.4: Mơ hình thực tế 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình: - Điều khiển logic khả trình thầy Phạm Phú Công Trang web: Đƣờng link - https://tailieu.vn/doc/de-tai-plc-he-thong-phan-loai-san-pham880456.html - http://thietbicongnghiepphutro.com/xi-lanh-khi-nen-cdj2b1051015202530354045-506075100-1-1-392321.html - https://ebookxanh.com/tai-lieu/do-an-dieu-khien-phan-loai-san-phamdung-plc-s7-1200-857889.html 42