Trong đó phân loại phi kim và kim loại là một trong những lĩnh vực đa dạng và phát triển nhanh trong ngành điều khiển và tự động hoá. Trong những hệ thống phân loại sản phẩm thì phân loại phi kim và kim loại rất được ưu chuộng ở những kho hàng lớn bé trên toàn đất nước. Nhận thấy cơ hội phát triển, và định hướng từ thầy giáo bộ môn, nên nhóm đã chọn thực hiện đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại phi kim và kim loại”.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Giới thiệu về phân loại sản phẩm
Ngày nay, sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã làm cho kỹ thuật điện- điện tử và điều khiển tự động trở thành yếu tố quan trọng trong nhiều lĩnh vực như quản lý và công nghiệp tự động hóa Để đóng góp vào sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật toàn cầu và kỹ thuật điều khiển tự động, chúng ta cần nắm bắt và áp dụng hiệu quả các công nghệ tiên tiến như vi xử lý, PLC và vi mạch số Những công nghệ này đã thay thế các hệ thống điều khiển cơ khí thô sơ, giúp cải thiện tốc độ xử lý và độ chính xác thông qua các lệnh chương trình đã được thiết lập trước.
Trong bối cảnh các nhà xưởng và xí nghiệp hiện nay, việc tiết kiệm điện năng trở thành một nhu cầu thiết yếu Sự phát triển của ngành công nghiệp đã thúc đẩy các công ty áp dụng tự động hóa trong sản xuất, giúp quản lý dây chuyền và sản phẩm một cách hợp lý Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn tạo điều kiện cho việc quản lý dễ dàng hơn Để đáp ứng yêu cầu này, nhóm tác giả đã nghiên cứu tài liệu, thiết kế và thi công mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu như phi kim và kim loại.
Từ nguyên lý làm việc trên ta thấy muốn hệ thống hoạt động được cần những chuyển động cần thiết:
Để truyền động quay cho trục băng chuyền, chúng ta sử dụng động cơ điện một chiều kết hợp với bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng trung gian.
Chuyển động tịnh tiến của xylanh được sử dụng để phân loại sản phẩm với các vật liệu khác nhau như phi kim và kim loại Hệ thống khí nén điều khiển chuyển động của xylanh, đảm bảo quá trình phân loại diễn ra hiệu quả và chính xác.
Khi ấn nút Start, máy sẽ bắt đầu hoạt động và xylanh đẩy sản phẩm vào băng chuyền Hệ thống điều khiển giúp phân loại sản phẩm theo các loại vật liệu khác nhau như phi kim và kim loại Sau khi được phân loại, các sản phẩm sẽ được chuyển đến thùng hàng Chu trình này tiếp tục cho đến khi hoàn tất việc phân loại tất cả sản phẩm.
Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho chúng ta là rất lớn, cụ thể như:
Giảm sức lao động giúp con người tránh được sự nhàm chán trong công việc, cải thiện điều kiện làm việc và tạo cơ hội tiếp cận với tiến bộ khoa học kỹ thuật, từ đó làm việc trong môi trường ngày càng văn minh hơn.
- Nâng cao năng suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, cũng như thay đổi mẫu mã một cách nhanh chóng
Việc quản lý và giám sát trở nên đơn giản hơn nhờ vào khả năng tối ưu hóa điều kiện làm việc của công nhân, đồng thời giảm thiểu số lượng công nhân cần thiết đến mức tối đa.
Các vấn đề đặt ra
Mục tiêu của nghiên cứu là phát triển hệ thống phân loại phi kim và kim loại với thiết kế nhỏ gọn, thuận tiện cho việc lắp đặt, bảo trì và sửa chữa Để thực hiện điều này, cần thiết kế cơ khí và điều khiển động cơ, cũng như xây dựng hệ thống hoạt động tự động thông qua lập trình và điều khiển bằng PLC Bên cạnh đó, các yếu tố khác như vật liệu mô hình, nguồn cung cấp và tính toán các thông số chi tiết cũng cần được xem xét.
Các vấn đề cần được giải quyết đó là:
Trong lĩnh vực cơ khí, việc phân tích và lựa chọn vật liệu cùng với thông số kỹ thuật của các chi tiết là vô cùng quan trọng Các yêu cầu cần đạt được bao gồm kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, độ bền cao, tính thẩm mỹ hấp dẫn, và khả năng lắp đặt cũng như sửa chữa dễ dàng.
- Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động
- Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng và sản phẩm không bị hỏng.
Một số cấu trúc của hệ thống phân loại sản phẩm
➢ Phân loại phi kim và kim loại
- Một động cơ điện một chiều đề kéo băng chuyền
- Cảm biến phân loại phi kim và kim loại
- 1 xylanh để phân loại sản phẩm
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu
- Các rơ le trung gian
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống
- Cảm biến đếm số lượng
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều được cung cấp cho động cơ điện, giúp băng chuyền hoạt động thông qua dây đai Sylanh piston sẽ đẩy sản phẩm ra băng chuyền, nơi được thiết kế với cảm biến nhận biết sản phẩm, phân biệt giữa kim loại và phi kim Khi sản phẩm đi qua, cảm biến sẽ gửi tín hiệu về bộ PLC để xử lý, sau đó PLC phát tín hiệu điều khiển van điện, giúp piston đẩy từng sản phẩm đến vị trí chỉ định.
➢ Phân loại sản phẩm theo màu sắc
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền
- Cảm biến nhận biết màu sắc
- Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu
- Các rơ le trung gian
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều được cấp cho động cơ điện, giúp băng chuyền hoạt động thông qua dây đai Xylanh piston sẽ đẩy sản phẩm ra băng chuyền, nơi có thiết kế cảm biến nhận biết màu sắc sản phẩm Khi sản phẩm đi qua, cảm biến sẽ nhận diện và gửi tín hiệu về bộ PLC Sau đó, PLC sẽ phát tín hiệu cho van đảo chiều, điều khiển piston để đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào các khu vực chứa riêng biệt.
➢ Phân loại sản phẩm theo chiều cao
- Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền
- Ba cảm biến nhận biết chiều cao
- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu
- Các rơ le trung gian
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống
Khi nhấn nút Start, động cơ điện một chiều đầu tiên hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền đầu tiên qua dây đai Băng chuyền này được trang bị cảm biến nhận diện sản phẩm với chiều cao khác nhau; khi sản phẩm đi qua, cảm biến gửi tín hiệu về bộ PLC để xử lý Sau đó, PLC phát tín hiệu cho van đảo chiều, điều khiển piston phân loại sản phẩm cao và trung bình vào khay chứa tương ứng, trong khi sản phẩm thấp tiếp tục di chuyển đến cuối băng chuyền và được phân loại vào hộp chứa trên băng chuyền thứ hai Cuối cùng, động cơ một chiều thứ hai vận chuyển hộp chứa sản phẩm thấp về vị trí tương ứng.
➢ Phân loại sản phẩm theo hình dạng
- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền
- Hai động cơ bước gạt sản phẩm để phân loại
- Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera)
- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu
- Các rơ le trung gian
- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống
Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều được cấp cho động cơ điện một chiều, truyền động cho băng chuyền qua dây đai Trên băng chuyền, cảm biến thị giác Camera được thiết kế để nhận dạng sản phẩm Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC để xử lý Sau đó, PLC phát tín hiệu điều khiển động cơ bước, gạt từng sản phẩm có hình dạng khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.
Một số hệ thống phân loại sản phẩm trong thực tế và ứng dụng
Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch giúp phân loại các kiện hàng, bưu phẩm và sản phẩm thành phẩm đã được đóng thùng carton hoặc túi, đồng thời dán mã vạch barcode và mã QR.
Hệ thống sử dụng thông tin từ mã vạch trên sản phẩm để dễ dàng sàng lọc, lựa chọn và gom các sản phẩm vào các vị trí tập kết (hub) theo yêu cầu.
Với sản phẩm điện tử, công nghệ: phân theo cùng lô sản xuất, ngày sản xuất, model…
Với các bưu phẩm, đơn hàng chuyển phát nhanh: phân loại theo ngày lên đơn, cách thức đóng gói, địa điểm giao hàng, hàng chuyển nhanh-tiêu chuẩn…
Với các sản phẩm nông sản đóng gói: phân loại theo hạn sử dụng, số lô chế biến, cấp sản phẩm…
Trong các nhà máy thông minh, các hộp và thùng hàng được phân loại bằng cách đặt lên băng tải bởi công nhân hoặc robot cộng tác Sau đó, robot sẽ xếp hàng lên pallet từ băng tải cấp hoặc xe tự hành AGV, tối ưu hóa quy trình vận chuyển và lưu trữ.
Hệ thống phân loại sản phẩm có khả năng xử lý lên đến 10,000 sản phẩm mỗi giờ, mang lại năng suất cao gấp 3-5 lần so với phương pháp quét mã vạch và phân loại truyền thống bởi công nhân.
➢ Dây chuyền phân loại sản phẩm theo khối lượng
Phương pháp này sử dụng cảm biến trọng lượng (load cell) đặt dưới băng truyền sản xuất để phân biệt trọng lượng của các sản phẩm Khi sản phẩm di chuyển qua, cảm biến xác định trọng lượng và gửi thông tin về bộ xử lý trung tâm Sau đó, cơ cấu chấp hành sẽ tiến hành phân loại sản phẩm dựa trên tín hiệu từ trung tâm điều khiển.
Hình 1 1 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch
Tốc độ: 110 – 200 sản phẩm/ phút
Số lượng cỡ phân loại: 12 cỡ
Vật liệu: inox304 đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm
Dây chuyền phân loại cam là công nghệ tiên tiến được ứng dụng để phân loại sản phẩm theo màu sắc trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, thực phẩm, dầu, hóa chất, công nghiệp dược phẩm, linh kiện điện tử và thiết bị y tế.
➢ Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc
Trong dây chuyền sản xuất, việc phân loại sản phẩm theo yêu cầu công nghệ là rất quan trọng Một số sản phẩm cần được phân biệt dựa trên màu sắc, và để thực hiện điều này, cảm biến phân biệt màu sắc được lắp đặt trên dây chuyền Khi sản phẩm di chuyển qua cảm biến, nó sẽ xác định màu sắc và gửi tín hiệu đến cơ cấu chấp hành để tiến hành phân loại sản phẩm chính xác.
Máy phân loại sản phẩm theo màu sắc có thể phân loại các sản phẩm như ớt, cà chua, cà phê, nhựa màu, gạo, chè búp, các loại hạt…
Năng suất: 0.8-15 tấn/ giờ (tùy vào mỗi loại model)
Tỉ lệ phân loại chính xác của hệ thống đạt trên 99%, cho phép ứng dụng hiệu quả trong việc phân loại sản phẩm theo màu sắc trong nhiều lĩnh vực như nông nghiệp, thực phẩm, dầu, hóa chất, công nghiệp dược phẩm, linh kiện điện tử và thiết bị y tế.
Hình 1 3 Dây chuyền phân loại cà chua theo màu sắc
➢ Dây chuyền phân loại sản phẩm theo kích thước
Hệ thống phân loại tự động cho sản phẩm hàng hóa, trái cây và rau quả dựa trên kích thước bao gồm các bộ phận cấp, phân loại, thả và thu hồi sản phẩm Máy phân loại này hoạt động với độ chính xác cao, ổn định và có khả năng điều khiển tự động, phù hợp cho nhiều loại sản phẩm khác nhau.
Máy phân cỡ kiểu rây lắc là thiết bị có nhiều tầng rây với kích cỡ mắt lưới khác nhau, trong đó tầng trên cùng có mắt lưới rộng nhất và tầng cuối cùng có mắt lưới nhỏ nhất.
Hệ thống rây chuyển động lắc nhờ bộ phận chấn động Máy này dùng để phân loại nguyên liệu có kích thước nhỏ: Đậu phộng, mận
Máy phân cỡ kiểu dây cáp là thiết bị sử dụng hệ thống dây cáp căng giữa hai trục quay, giúp phân loại trái cây theo kích thước Khe hở giữa hai dây cáp sẽ dần to ra, cho phép quả rơi xuống theo thứ tự từ nhỏ đến lớn Thiết bị này thường được sử dụng để phân loại các loại quả lớn như cam, bưởi, dưa leo và cà tím.
Năng suất: 3-5 tấn/ giờ ~ 1000-1100 sản phẩm/ phút
Hình 1 4 Dây chuyền phân loại trứng, cà chua theo kích thước
Trong ngành logistics và thương mại điện tử, việc phân loại hàng hóa trở nên dễ dàng nhờ hệ thống phân loại thông minh sử dụng camera và thuật toán hiện đại Các gói hàng được đóng trong hộp với nhiều trọng lượng, màu sắc và kích thước khác nhau, sau đó được phân loại trên băng tải chính và di chuyển đến các vị trí tập kết thông qua băng tải xương cá.
Phân loại sản phẩm tự động không chỉ tiết kiệm thời gian và sức lực cho quy trình phân loại mà còn đảm bảo độ chính xác cao với hiệu suất vượt trội.
Trong ngành chế biến thực phẩm, đặc biệt là bánh kẹo, hệ thống băng tải có khả năng tự động chọn và loại bỏ sản phẩm dựa trên hình dáng và màu sắc Điều này không chỉ giúp quy trình đóng gói diễn ra mượt mà mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm.
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ PHI KIM
Tổng quan về bộ điều khiển PLC
2.1.1 Sơ lược về lịch sử của PLC
Hệ thống điều khiển truyền thống sử dụng khí cụ điện thường có kích thước lớn và khó thay đổi quy trình để cải thiện sản xuất Mặc dù các mạch điện tử bán dẫn đã giúp thu gọn không gian, nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu linh hoạt trong điều chỉnh quy trình Năm 1968, các kỹ sư của General Motors Copration’s Hydramatic đã phát triển bộ điều khiển lập trình PLC (Programmable Logic Controllers), cho phép người sử dụng lập trình để thực hiện quy trình điều khiển theo trình tự đã định sẵn, nâng cao hiệu quả sản xuất.
Các tín hiệu điều khiển trên ngõ ra PLC được kích hoạt bởi các tác nhân từ ngõ vào, cho phép thực hiện quá trình có thời gian trễ và các đếm chu trình lặp lại Thiết bị này giúp người vận hành dễ dàng thay đổi quy trình điều khiển mà không cần thay đổi cách liên kết các thiết bị động lực Quy trình vận hành toàn hệ thống có thể được điều chỉnh theo yêu cầu mới và cải tiến sản xuất thông qua việc lập trình lại nội dung bên trong PLC Nhờ vào PLC, hệ thống điều khiển đạt được sự ổn định, giao tiếp hiệu quả với máy tính, dễ lập trình và bảo trì, có khả năng tái sử dụng cho các ứng dụng khác và mở rộng hệ thống điều khiển.
2.1.2 Phân loại và ứng dụng của PLC
Các hãng sản xuất PLC uy tín trên thị trường hiện nay như: Siemens, Omron, Mitsubishi, Schneider, Allen Bradley, ABB, Fessto, …
PLC Siemens có các họ như Logo, S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-
- Logo: Là dòng sản phẩm nhỏ cho các ứng dụng nhỏ khoảng 16 -24 I/O
- S7 - 200: Là dòng sản phẩm trung bình có ứng dụng cho các dự án với I/O khoảng 128
- S7 – 300 và S7 – 400: Là dòng sản phẩm cao cấp cho các dự án lớn, có số lượng I/O lớn, viết bằng nhiều ngôn ngữ khác nhau, thời gian đáp ứng nhanh
S7 – 1200 là phiên bản nâng cấp của S7 – 200, hỗ trợ truyền thông qua cổng Ethernet để kết nối giữa các PLC, PLC với HMI và giữa các PLC với nhau Sản phẩm này cung cấp tốc độ truyền thông Profinet lên đến 10/100 Mbits/s, đồng thời tích hợp các tính năng đo lường, điều khiển vị trí và điều khiển quá trình hiệu quả.
- S7 – 1500: Là dòng sản phẩm nâng cấp của S7 – 300 và S7 – 400 với nhiều ưu điểm vượt trội
Theo số lượng các dầu vào/ra
Căn cứ vào số lượng các đầu vào/ra, ta có thể phân PLC thành 4 loại sau:
- Micro PLC là loại có dưới 32 kênh I/O
- PLC nhỏ có đến 256 kênh I/O
- PLC trung bình có đến 1024 kênh I/O
- PLC lớn có trên 1024 kênh I/O
PLC được áp dụng phổ biến trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp, giúp nâng cao tính tự động hóa và hiện đại hóa, từ đó cải thiện chất lượng và độ an toàn của sản phẩm Việc sử dụng PLC trong quá trình sản xuất mang lại nhiều ưu điểm và lợi ích thiết thực.
PLC có khả năng điều khiển đa dạng các tình huống trong ngành công nghiệp, từ việc thực hiện những hành động đơn giản đến việc tích hợp nhiều hành động phức tạp.
Các chương trình trong PLC có khả năng lập lại nhanh chóng để điều khiển nhiều công việc khác nhau trong hệ thống, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí bằng cách loại bỏ việc đấu nối lại mạch điều khiển phức tạp.
- Một chương trình PLC khi được viết hoàn chỉnh, ta có thể sao chép sang các PLC khác dễ dàng
PLC nổi bật với khả năng đáp ứng công việc nhanh chóng, chính xác và ổn định trong thời gian dài, vượt trội hơn so với các thiết bị điều khiển khác Tiêu chuẩn này chính là điểm mạnh quan trọng của PLC.
Khi xem xét tính kinh tế, việc sử dụng PLC thay cho relay trung gian, bộ định thì và bộ đếm là hợp lý Kết nối mạng giữa các PLC cho phép tích hợp với các thiết bị giao tiếp khác như bộ chuyển đổi A/D và bộ đếm nhanh Hơn nữa, việc sử dụng màn hình hiển thị để theo dõi và ghi nhận dữ liệu đánh dấu bước chuyển từ hệ thống điều khiển bằng PLC sang hệ thống giám sát SCADA.
Hình 2.6 Ứng dụng PLC trong ngành sản xuất ô tô
2.1.3 Cấu trúc và hoạt động của PLC
Hình 2.7 Cấu trúc của một PLC
Một PLC thông thường sẽ có các bộ phận chính sau:
Phần đầu vào, hay module đầu vào, bao gồm các thiết bị như cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào khác, được kết nối với PLC qua đường ray đầu nối đầu vào Phần đầu ra, hay module đầu ra, có thể là động cơ, solenoid, bóng đèn hoặc lò sưởi, được điều khiển bằng cách thay đổi các tín hiệu đầu vào.
CPU, hay còn gọi là đơn vị xử lý trung tâm, là bộ vi xử lý chính trong hệ thống PLC Nó thực hiện chương trình để xử lý tín hiệu I/O và kết nối trực tiếp với các thiết bị I/O thông qua các đường dây thích hợp bên trong PLC.
Thiết bị lập trình là nền tảng cho việc viết chương trình hoặc logic điều khiển, có thể là thiết bị cầm tay, máy tính xách tay hoặc máy tính chuyên dụng.
- Nguồn cung cấp: Nó thường hoạt động trên một nguồn cung cấp điện khoảng 24V, được sử dụng để cung cấp năng lượng đầu vào và các đầu ra
Bộ nhớ máy tính được chia thành hai phần chính: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình Thông tin chương trình, bao gồm logic điều khiển, được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng hoặc bộ nhớ chương trình, từ đó CPU sẽ tìm nạp các lệnh cần thiết Ngoài ra, tín hiệu đầu vào/ra, tín hiệu bộ định thời và tín hiệu bộ đếm cũng được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh đầu vào và đầu ra tương ứng.
➢ Hoạt động của một PLC
Về cơ bản, hoạt động của một PLC khá đơn giản
Hệ thống PLC hoạt động thông qua các module Input, nhận tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi như cảm biến, contact và động cơ Sau khi tiếp nhận tín hiệu, CPU sẽ xử lý và phát ra các tín hiệu điều khiển, sau đó thông qua module Output để gửi tín hiệu đến các thiết bị được điều khiển.
Các nguồn đầu vào chuyển đổi tín hiệu điện tương tự thời gian thực sang tín hiệu điện kỹ thuật số phù hợp, và các tín hiệu này được truyền đến PLC thông qua đường ray kết nối.
Các tín hiệu đầu vào được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh bên ngoài PLC tại các vị trí gọi là bit, và quá trình này được thực hiện bởi CPU.
Giới thiệu về bộ điều khiển plc s7_1200
2.2.1 Cấu tạo chung của bộ điều khiển plc s7_1200
Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm PLC S7_1200 dùng để thay thế dần cho S7_200 So với S7_200 thì S7_1200 có những tính năng nổi trội:
S7_1200 là một dòng PLC (bộ điều khiển logic lập trình) lý tưởng cho nhiều ứng dụng tự động hóa Với thiết kế nhỏ gọn, chi phí hợp lý và khả năng lập trình mạnh mẽ, S7_1200 mang đến giải pháp tối ưu cho các nhu cầu tự động hóa.
- S7_1200 bao gồm một microprocessor, một nguồn cung cấp được tích hợp sẵn, các đầu vào/ra DI/DO
- Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển:
+ Tất cả CPU đều cung cấp bảo vệ bằng password chống truy cấp vào PLC + Tính năng “Know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình
S7_1200 tích hợp cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP, đồng thời cho phép kết nối mở rộng thông qua các module truyền thông RS485 hoặc RS232.
Phần mềm Step 7 Basic được sử dụng để lập trình cho S7-1200, hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình: FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal 11 của Siemens.
Để thực hiện một dự án với S7-1200, bạn chỉ cần cài đặt TIA Portal, vì phần mềm này tích hợp cả môi trường lập trình cho PLC và thiết kế giao diện HMI.
Các thành phần của PLC S7_1200:
- 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau: Điều khiển AC hoặc DC phạm vi rộng
- 2 mạch tương tự và số mở rộng: Điều khiển mô đun trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
- 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau
- 2 module giao tiếp RS232/RS485 để giao tiếp thông qua kết nối PTP
- Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC
PLC S7_1200 có 4 bộ phận cơ bản: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao tiếp xuất/nhập
Bộ xử lý trung tâm (CPU) là bộ vi xử lý quan trọng, thực hiện hai chức năng chính Đầu tiên, nó biên dịch các tín hiệu đầu vào, giúp hệ thống hiểu và xử lý thông tin Thứ hai, CPU thực hiện các hành động điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC, đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
Bộ nguồn có chức năng chuyển đổi điện áp AC thành DC (24V), điều này rất quan trọng cho các bộ vi xử lý và các mạch điện trong module giao tiếp nhập và xuất hoạt động hiệu quả.
- Bộ nhớ: Lưu trữ các chương trình để sử dụng cho các hoạt động dưới sự quản lý của bộ vi xử lý
Các thành phần giao tiếp nhận và xuất đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải thông tin giữa các thiết bị ngoại vi và thiết bị điều khiển Tín hiệu đầu vào có thể đến từ các công tắc, cảm biến, trong khi tín hiệu đầu ra thường là động cơ hoặc biến tần.
- Chương trình điều khiển được nạp vào với sự giúp đỡ của bộ lập trình hay bằng máy vi tính
Hình 2 15 Cấu trúc bên trong của PLC S7_1200
Module mở rộng của PLC S7_1200
Bộ S7-1200 cho phép kết nối tối đa 8 module tín hiệu đa dạng và 1 mạch tín hiệu cho bộ vi xử lý, mang lại khả năng mở rộng linh hoạt Ngoài ra, bộ này còn hỗ trợ 3 module giao tiếp thông qua các giao tiếp truyền thông, nâng cao khả năng tương tác và tích hợp hệ thống.
Hình 2 16 Module mở rộng của PLC S7_1200
Bảng 2 1 Ngõ vào ra của S7_1200
Module Ngõ vào Ngõ ra Ngõ vào/ra
Analog 4 x Analog 2 x Analog 4 x Analog/ 2 x Analog
2.2.2 Các lệnh lập trình trong Step 7
Nhóm lệnh tiếp điểm bao gồm các loại tiếp điểm như tiếp điểm thường hở và tiếp điểm thường đóng Các lệnh quan trọng trong nhóm này bao gồm lệnh NOT, ngõ ra, xác định kết quả, lệnh SET Bit, lệnh RESET Bit, vi phân cạnh lên và vi phân cạnh xuống Những lệnh này đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và xử lý tín hiệu trong các hệ thống điện và tự động hóa.
- Các lệnh về Timer: Lệnh S_PULSE, lệnh S_PEXT, lệnh S_ODT, lệnh S_ODTS
- Bộ đếm Counter: Lệnh đếm lên xuống S_CUD, lệnh đếm lên S_CU, lệnh đến xuống S_CD
- Các lệnh so sánh: Lệnh EQ_I, lệnh NE_I, lệnh GT_I, lênh GE_I, lệnh LE_I.
Phần mềm tia portal
Chương trình này sẽ giới thiệu tổng quan về phần mềm TIA Portal, bao gồm cách thiết kế và mô phỏng giao diện điều khiển giám sát hệ thống Bên cạnh đó, bài viết cũng sẽ đề cập đến một số hạn chế của phần mềm và hướng phát triển cho đề tài trong tương lai.
2.3.1 Tổng quang về TIA Portal
Hệ thống tự động hóa hiện đại đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, công nghiệp và đời sống Phần mềm TIA Portal được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực tự động hóa, giúp tạo chương trình và điều khiển thiết bị, máy móc một cách chủ động và hiệu quả Nhiều phần mềm khác cũng đã được nghiên cứu và phát triển nhằm nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa hệ thống.
TIA Portal, được phát triển bởi các kỹ sư của Siemens vào năm 1996, cho phép người dùng nhanh chóng phát triển và viết phần mềm quản lý trên một nền tảng thống nhất Giải pháp này giúp giảm thiểu thời gian tích hợp các ứng dụng riêng lẻ, tạo ra một hệ thống đồng nhất và hiệu quả.
TIA Portal là phần mềm tích hợp tự động toàn diện, đóng vai trò cơ sở cho các phần mềm phát triển khác như lập trình và cấu hình thiết bị trong dải sản phẩm Đặc điểm nổi bật của TIA Portal là khả năng cho phép các phần mềm chia sẻ cùng một cơ sở dữ liệu, từ đó tạo ra tính thống nhất và toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý và vận hành.
TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:
1 Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đa dạng
2 Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát
3 Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project để xác định bệnh, lỗi hệ thống
4 Tích hợp mô phỏng hệ thống
5 Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens
Phần mềm TIA Portal hiện có nhiều phiên bản, bao gồm TIA Portal V14, V15, V16 và phiên bản mới nhất là TIA Portal V17 Người dùng có thể chọn cài đặt phiên bản TIA Portal phù hợp với nhu cầu sử dụng của mình Mỗi phiên bản đều có những ưu và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến trải nghiệm và hiệu quả làm việc của người dùng.
TIA Portal là một phần mềm quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa, tích hợp các công cụ như HMI, PLC và Inverter của Siemens Phần mềm này mang lại nhiều ưu điểm trong việc vận hành hệ thống, nhưng cũng có một số nhược điểm cần lưu ý.
Tích hợp tất cả phần mềm trên một nền tảng duy nhất giúp chia sẻ cơ sở dữ liệu chung, từ đó dễ dàng quản lý và thống nhất cấu hình Giải pháp này mang lại khả năng vận hành thiết bị nhanh chóng, hiệu quả, đồng thời rút ngắn thời gian tìm kiếm và khắc phục sự cố.
Bộ lập trình PLC và màn hình HMI được cấu hình trên TIA Portal giúp tiết kiệm thời gian cho các chuyên viên trong việc thiết lập truyền thông giữa các thiết bị Chỉ cần một biến số từ bộ lập trình PLC được đưa vào màn hình HMI, kết nối sẽ được thiết lập mà không cần bất kỳ thao tác lập trình nào.
Hệ thống lớn với nhiều phần mềm và cơ sở dữ liệu tích hợp yêu cầu dung lượng bộ nhớ rất lớn Điều này đòi hỏi kỹ thuật cao từ lập trình viên và quản lý, đồng thời tiêu tốn nhiều thời gian để làm quen với việc sử dụng hệ thống.
2.3.2 Các thành phần của TIA Portal
Phần mềm TIA Portal, do Siemens phát triển, bao gồm nhiều thành phần hỗ trợ người dùng trong việc quản lý và lập trình PLC cũng như HMI một cách hiệu quả.
1 Simatic Step 7 professional và Simatic step 7 PLCSIM: Giải pháp lập trình và mô phỏng PLC S7-300, S7-400, Simatic S7-1200, Simatic S7-1500…
2 Simatic WinCC Professional: Được dung để lập trình màn hình HMI, và giao diện SCADA
3 Simatic Start Driver: Được lập trình cấu hình Siemens
4 Sirius và Simocode: Thiết lập cấu hình và chuẩn đoán lỗi linh hoạt
5 Điều khiển chuyển động đơn trục và đa trục với hỗ trợ Scout TIA Thư viện Simatic Robot đầy đủ dữ liệu cho phép người dùng thiết lập cấu hình và hẹ thống nhanh chóng
Tìm hiều thêm về: STEP 7 Safety
Bảo mật project trong lập trình PLC S7 với TIA thực hiện các thao tác: Vào phần “Security setting”, chọn “setting” chọn “Protech project” để thiết lập password cho Project
Thiết lập bảo mật cho PLC với TIA Portal: Thực cài đặt trong cấu hình Hardware của PLC Người dùng chọn Protection & security, tiếp tục chọn Access Level
2 Read access: Bảo mật phần mềm viết cho PLC, cần có password HMI và
SCADA hay user đọc được chương trình không cần password
3 HMI access: Bảo mật phần read và write của PLC cần có Password HMI và
SCADA đọc không cần Password
4 No access: Tất cả các ứng dụng tru xuất vào PLC đều cần Password
To secure the function block in PLCS7 using TIA Portal, access the Properties section of the block and select the protection option You will then encounter three types of security settings: Write, Read/Write, and Copy Protection The TIA Portal software is widely used in the field of automation.
Kỹ thuật viên cần nắm vững bản chất và đặc điểm của TIA Portal, cũng như các ứng dụng lập trình hiệu quả của nó Những thông tin chia sẻ trên đây hy vọng sẽ hữu ích cho những ai đang tìm hiểu về phần mềm TIA Portal trong lĩnh vực lập trình hệ thống tự động hóa.
Bảng 2 2 Các ứng dụng lập trình của TIA Portal
Chương trình soạn thảo Giải thích
Nhận các thông báo từ các quá trình để chuẩn bị, hiển thị, hồi đáp và lưu trữ các thông báo này
Cho phép các nhóm và người sử dụng điều khiển truy cập
Chứa các văn bản tuỳ thuộc ngôn ngữ do người dùng tạo ra
Hệ thống báo cáo tích hợp cung cấp khả năng báo cáo dữ liệu, giá trị, thông báo hiện tại và đã lưu trữ, đồng thời cho phép người dùng quản lý tài liệu của riêng mình.
Bộ soạn thảo cho phép tạo ra các dự án động theo yêu cầu cụ thể Nó hỗ trợ việc xây dựng các hàm và thao tác có thể áp dụng cho một hoặc nhiều dự án, tùy thuộc vào loại hình dự án.
(Hiển thị giá trị xử lý)
Xử lý các giá trị đo lường và lưu trữ chúng trong thời gian dài
Cung cấp các màn hình hiển thị và kết nối đến các quá trình
TIA Portal làm việc với 3 loại Tag:
- Tag nội (Internal Tag): Là Tag không được kết nối với quá trình dùng để quản lý dữ liệu bên trong 1 project
Phân tích yêu cầu thiết kế
Quy trình phân loại phi kim và kim loại bắt đầu bằng việc đưa các vật liệu trộn lẫn lên băng chuyền cấp hàng vào băng chuyền chính Để phân loại hiệu quả hơn, kim loại và phi kim sẽ được sắp xếp theo một hàng nhờ các thanh chắn hai bên trước khi tiếp cận cảm biến tiệm cận Khi kim loại đến cảm biến, nếu sản phẩm được xác định là kim loại, nó sẽ được đẩy vào thùng hàng 1; ngược lại, nếu là phi kim, sản phẩm sẽ tiếp tục di chuyển đến cuối băng chuyền và rơi vào thùng hàng phi kim.
Hình 2 17 Thiết kế cơ khí phân loại sản phẩm phi kim và kim loại
Hệ thống có 1 băng tải chính để di chuyển hàng hóa và có 1 piston để đẩy hàng được phát hiện bởi cảm biến
2.4.2 Một hệ thống phân loại sản phẩm thường có bộ phận chính sau
Băng tải là một phần quan trọng trong hệ thống phân loại sản phẩm, giúp vận chuyển hiệu quả các tải đơn như thùng carton, hộp, túi hoặc số lượng lớn vật liệu như đất, bột và thực phẩm từ điểm A đến điểm B Việc sử dụng băng tải không chỉ tiết kiệm sức lao động và thời gian mà còn tăng năng suất lao động đáng kể.
Cấu tạo đơn giản, độ bền cao
Có khả năng vận chuyển theo phương ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp được cả hai với khoảng cách lớn Ứng dụng của băng tải
Băng tải là thiết bị quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, được sử dụng để vận chuyển hàng hóa, đóng gói và phân loại sản phẩm, đồng thời dễ dàng tích hợp với máy test và máy đóng đai tự động Chúng có mặt trong các lĩnh vực sản xuất linh kiện điện tử, lắp ráp ô tô, xe máy, thực phẩm, y tế, dược phẩm, than, may mặc và giày dép Động cơ điện là thành phần chính chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ, với hai loại phổ biến: động cơ không đồng bộ, có giá thành rẻ và khả năng chống quá tải nhưng khó khăn trong việc điều khiển tốc độ, và động cơ đồng bộ, có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ từ trường, mang lại hiệu suất cao và không phụ thuộc vào tải hay điện áp lưới.
Pít tông khí nén, hay còn gọi là chi tiết bên trong xi lanh khí nén, là bộ phận quan trọng của động cơ Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng khí nén thông thường, đóng vai trò không thể thiếu trong nhiều loại máy móc Nguyên tắc hoạt động của pít tông khí nén dựa vào nguồn năng lực từ bên trong.
Cảm biến tiệm cận hoạt động dựa trên nguyên lý trường điện từ, phát ra xung quanh với khoảng cách tối đa 30mm Khi cảm biến gặp vật thể, nó sẽ gửi tín hiệu về bộ xử lý để thực hiện các chức năng cần thiết.
Sơ đồ khối hệ thống
Hình 2 18 Sơ đồ khối hệ thống
Khối điều khiển và OPC server
Tính toán và thiết kế phần cứng
2.6.1.Thiết bị có trong đề tài
Hình 2 19 Động cơ 3 pha Ưu điểm : Kết cấu đơn giản, vận hành dễ dàng, bảo quản thuận tiện
Bảo trì ít, không thường xuyên phải sửa chữa, bền bỉ
Nhược điểm : Không sử dụng được khi ở lúc non tải hoặc không tải do hệ số công suất thấp gây nhiễu công suất phản kháng
Khó điều chỉnh tốc độ, mở máy không tốt dòng mở máy lớn
Dựa vào ưu nhược điểm của các loại động cơ nêu trên đồ án lựa chọn động cơ điện 3 pha làm đồn cơ băng tải cho hệ thống
Hệ thống phân loại phi kim, kim loại có kích thước lớn nhất là 50x50cm và có khối lượng không quá 5kg
Chiều dài băng tải : l b m000mm
Ta chọn được bề rộng của dây băng là : r b pcmp0mm
- Tổng khối lượng trên băng tải xử lí phân loại :
Khối lượng dây băng tải là :
6.25 700 1200 0 5 5 2 (kg ) db b b b m = = r l = (2.1) Khoảng cách giữa các bưu kiện hàng với nhau là 30cm
Số hàng đồng thời trên băng tải có thể có khoảng 15 loại phi kim và kim loại
Khối lượng tối đa bưu kiện trên băng tải chính là :
Tổng tải trọng của hệ thống băng tải thứ nhất là :
- Tính toán động cơ truyền động băng tải :
Chiều dài băng tải : l b = 12 m = 12000 mm
Hệ số ma sát : = 0.15 Đường kính Pully :D=0.1( )m
Hệ số ma sát Pully : 1 = 0.95
Hệ số ma sát hộp giảm tốc : 2 = 0.9
Thời gian làm việc 10 /h ngày
Tốc độ làm việc băng tải : 1
= Dòng điện: 3pha – 380v – 50Hz
- Tính chọn tỉ số truyền :
Lựa chọn động cơ điện xoay chiều 3 pha 4 cực, tần số f = 50 Hz
Trong đó: - N là tốc độ động cơ băng tải
- p là số cực của động cơ
- ( 1 − s ) là hệ số trượt làm suy giảm tốc độ của động cơ
- Thông thường ( 1 − s ) = 0.85 0.99 Phụ thuộc vào công nghệ chế tạo động cơ, ở bài toán này ta chọn ( 1 − = s ) 0.95
Tốc độ đầu ra trên trục pully giảm tốc:
Trong đó: N1 là tốc độ quay của pully
𝜗 là tốc độ làm việc của băng tải (m/phút)
𝐷 là đường kính của Pully
Tỉ số truyền động cơ :
Chọn tỉ số truyền là : 1 i = 30
- Tính momen xoắn động cơ :
Với điều kiện làm việc 10 giờ/ngày ta lựa chọn hệ số làm việc : k =1.25
Do đó moment cần thiết ở đầu hộp số trong điều kiện làm việc 10 giờ/ ngày:
- Tính công suất động cơ truyền động băng tải :
Trong đó: P là công suất động cơ
N là tốc độ quay của động cơ
Từ tính toán trên lựa chọn động cơ truyền động băng tải là động cơ 3 pha 7.5KW, tốc độ 1450 (vòng/phút)
- Tính toán và lựa chọn contactor khởi động động cơ truyền động băng tải và relay nhiệt bảo vệ động cơ truyền động băng tải
Ta có công thức tính dòng điện là : dm 3
Trong đó: Iđm là cường độ dòng điện định mức
P là công suất của động cơ
U là điện áp đặt lên động cơ
Cos là hệ số công suất ta lấy Cos =0.8
Dòng điện thực tế thiết bị khi khởi động :
I kd =I dm K (2.10) Với thiết bị tải nhỏ thì ta sẽ nhân dòng điện theo thiết bị khi hoạt động với hệ
Với thiết bị tải lớn như động cơ thì ta sẽ nhân dòng điện theo thiết bị khi hoạt động với hệ số dự trữ K = 2 2.5
Dòng điện định mức của động cơ là :
Suy ra dòng điện khởi động là : I kd = I dm = 2 28.5 A
Từ đó ta cho được contactor và relay nhiệt cho hệ thống đều có dòng điện là 30A
- Tính toán và lựa chọn xilanh :
Hình 2 22 Xilanh kép khí nén AIRTA C SC40- 600
Với độ rộng băng tải là60cmta lựa chọn xi lanh có hành trình : xl 600
Thời gian dẫn động T = 0.5 s Áp suất khí nén: P = 0.6 Mpa = 0.6 10 5 ( ) bar
Tải trọng đáp ứng: F N Pkg
Để đảm bảo sự tương thích với xilanh kép khí nén AIRTAC SC40-600, qua quá trình tìm hiểu và thử nghiệm, van điện tử khí nén STNC FG2541-15L đã được xác định là phù hợp với hệ thống này.
Hình 2 23 Van điện từ khí nén STNC FG2541-15L
- Cảm biến tiệm cận : Ưu điểm : Nhỏ gọn có thể lắp ở nhiều nơi
Chịu được môi trường khắc nghiệt, nhiệt độ cao
Nhược điểm : Chỉ phát hiện được vật kim loại
Khoảng cách phát hiện vật nhỏ
Có thể bị ảnh hưởng bởi vùng điện từ mạnh
Dựa vào các ưu nhược điểm đã nêu trên, đồ án đã lựa chọn cảm biến tiệm cận làm thiết bị phát hiện sản phẩm trên băng truyền
Hình 2 24 Cảm biến tiệm cận Lj12A3-4-Z/BX
Khối điều khiển PLC mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, bao gồm khả năng chống nhiễu hiệu quả và độ tin cậy cao trong môi trường công nghiệp Thiết bị này có thiết kế gọn nhẹ, giúp việc lắp đặt trở nên dễ dàng hơn Hơn nữa, khối điều khiển PLC có khả năng đáp ứng các thuật toán phức tạp với độ chính xác cao, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.
Thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường
Hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp
Nhược điểm : Giá thành cao
Có phần mềm của hãng miễn phí những sẽ không sử dụng được hết tính năng
Người sử dụng cần có kiến thức lập trình PLC
Hình 2 25 Simatic S7- 1200CPU 1211C DC/DC/DC
- Khối thiết bị phụ trợ : Đốn bỏo : Ta sử dụng đốn bỏo vòm YW1P-2EQM3R ỉ22 của hóng IDEC
Hình 2 26 Đèn báo vòm YW1P-2EQM3R
Chúng tôi chọn 3 nút bấm có đèn YW1L-MF2E10Q4G của hãng IDEC với 3 màu đỏ, vàng và xanh để biểu thị các chức năng stop, reset và start Các nút này có thiết kế dạng lồi, nhấn nhả, sử dụng đèn LED phi 22 và có tiếp điểm NO.
Hình 2 27 Nút bấm có đèn YW1L-MF2E10Q4G
Rơ le trung gian sử dụng loại 2 cực, 8 chân dẹt, model RJ2S-CL-D24 của hãng IDEC, với thông số kỹ thuật gồm nguồn cấp 24VDC, dòng điện tối đa 8A, cấp độ bảo vệ IP40 và điện trở kháng tối đa 50 mΩ Các loại socket tương thích bao gồm SJ2S-05BW, SJ2S-07LW và SJ2S-61.
Hình 2 28 Rơ le RJ2S-CL-D24
Thiết kế mạnh động lực :
Bản vẽ hệ thống van xilanh :
Hình 2 30 Mạch điện xilanh khí nén Thiết kế mạch điều khiển
Hình 2 31 Mạch điện điều khiển
Mặt điều khiển tủ điện :
Bố trí thiết bị trong tủ điện điều khiển :
Hình 2 32 Mặt điều khiển trên tủ điện
Hình 2 33 Bố trí thiết bị trong tủ điện
Lập trình phần mềm điều khiển và giám sát
2.7.1 Lập trình phần mềm điều khiển PLC
SIMATIC S7-1200 của Siemens là giải pháp điều khiển lý tưởng cho các ứng dụng vòng hở và vòng kín trong sản xuất và hệ thống nhà máy Với thiết kế nhỏ gọn và khả năng kết hợp nhiều module, S7-1200 có thể thực hiện đa dạng các tác vụ, từ việc thay thế rơle và contactor cho đến tự động hóa hoàn toàn trong các mạng lưới phân tán phức tạp.
Hình 2 34 phần mềm plc s7-1200 trên TIA portal
Bộ điều khiển tích hợp lý tưởng cho các ứng dụng từ thấp đến trung bình, mang lại hiệu suất cao trong một thiết kế gọn nhẹ Tất cả các chức năng được tích hợp trong một bộ xử lý, giúp tiết kiệm không gian và năng lượng hiệu quả.
-Các CPU có thể được sử dụng trong chế độ độc lập hay kết nối thành một mạng lưới nhất định
-Tích hợp các chức năng mạnh mẽ như đếm, đo, điều khiển vòng kín, điều khiển chuyển động
2.7.2 Giao diện giám sát wincc
WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp
Hình 2 35 Giao diện giám sát scada
WinCC là một trong những chương trình ứng dụng cho mạng HMI, Scada trong lĩnh vực dân dụng cũng như công nghiệp
WinCC (Windows Control Center) là phần mềm của Siemens dùng để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu trong sản xuất Chương trình này thiết kế giao diện Người và Máy (HMI) trong hệ thống Scada (Supervisory Control And Data Acquisition), với chức năng chính là thu thập số liệu, giám sát và điều khiển quá trình sản xuất WinCC cho phép người dùng trao đổi dữ liệu với PLC của nhiều hãng như Siemens, Mitsubishi, Allen-Bradley, và Omron thông qua cổng COM với chuẩn RS232 của PC và chuẩn RS485 của PLC.
WinCC cung cấp nhiều giải pháp linh hoạt cho các hệ thống từ quy mô nhỏ đến lớn, bao gồm cả hệ thống thực hiện sản xuất (MES) Phần mềm này cho phép mô phỏng hình ảnh các sự kiện trong quá trình điều khiển dưới dạng chuỗi sự kiện Để đáp ứng yêu cầu công nghệ ngày càng cao, WinCC tích hợp nhiều chức năng như hiển thị, thông báo, ghi báo cáo và xử lý thông tin đo lường, cũng như các tham số công thức Đây là một trong những phần mềm thiết kế giao diện Người và Máy (HMI) được ưa chuộng nhất hiện nay.
Hình 2 36 giao diện lập trình
Quá trình hiển thị trên thiết bị HMI (WinCC) được cập nhật một cách năng động, dựa trên các sự chuyển tiếp của quá trình.
- Điều khiển vận hành của quá trình
Người vận hành có khả năng kiểm soát quá trình thông qua giao diện người dùng (GUI) Chẳng hạn, họ có thể thiết lập các giá trị tham chiếu cho điều khiển hoặc khởi động động cơ một cách dễ dàng.
- Hiện thị các cảnh báo
Các quá trình nghiêm trọng tự động khởi phát báo động, ví dụ, khi giá trị đặt được vượt quá
Hình 2 37 Các quá trình kết nối
Hình 2 38 Quá trình kết nối PLC với WinCC
Hình 2 39 Kết nối PC với máy
- Lưu trữ các giá trị và cảnh báo quá trình
Hệ thống HMI cung cấp báo cáo giá trị quá trình và cảnh báo, cho phép in dữ liệu sản xuất vào cuối ca làm việc.
- Quản lí thông số máy móc và quá trình
Hệ thống HMI lưu trữ thông số của quá trình và máy móc dưới dạng công thức Người dùng có thể tải xuống các thông số từ thiết bị HMI đến PLC, cho phép điều chỉnh toàn bộ quy trình sản xuất sản phẩm.
- Các bước cấu hình và kết nối wincc với PLC.
CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ PHI KIM
Chế tạo mô hình hệ thống
3.1.1 Kết cấu cơ khí của mô hình
Hình 3 1 Kết cấu mô hình thử nghiệm
3.1.2 Thiết bị sử dụng trong mô hình
Bảng 3.1 Các thiết bị sử dụng trong mô hình
Hình ảnh thiết bị Thông số kĩ thuật
Khối cơ cấu chấp hành
-Dây băng bằng nhựa PVC
- Khung nhôm -Dài 60cm -Rộng 10cm Động cơ truyền động băng tải
- Dòng điện hoạt động: 0.5A
- Tốc độ quay n = 220 (Vòng/phút)
- Hệ số giảm tốc là 50:1
- Chiều dài trục motor: 16mm
- Đường kính trục motor: 5mm
- Lưu chất: Khí nén, hơi nước
- Áp suất min: 0,5 kg/cm2
- Áp suất max: 7 kg/cm2
- Loại xi lanh: Xi lanh hai tác động
- Van điện từ khí nén AIRTAC 4V310-10 là loại van khí nén 5/2 có 5 cổng 2 vị trí và 1 đầu coil điện, thường được dùng để điều khiển xi lanh khí nén
- kích thước cổng xả: 1/4" (ren 13)
- Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa
- Loại van hơi 5 cửa 2 vị trí
- Nhiệt độ hoạt động: - 20~70oC
- Hãng sản xuất: AIRTAC (Đài Loan)
- Áp suất tối đa: 0.7 Mpa
- Điện áp van điện tử: 24VDC
- Dòng tiêu thụ:300mA
- Thời gian hồi đáp: ~2ms
- Kích thước: Đường kính 12mm-dài 60mm
- Ngõ ra dạng NPN cực thu
-Nguồn cấp: 5VDC -Khoảng cách: 3-80 cm,
Có thể điều chỉnh khoảng cách biến trở
-Dòng tiêu thụ: 300mA -Sơ đồ chân:
-Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC
-Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC
-Màu đen: chân tín hiệu ngõ ra cực thu hở NPN
- CPU: i510210U1.6GHz RAM:8 GBDDR4 (Onboard
- Ổ cứng:256 GB SSD NVMe PCIe
- Card màn hình: Card tích hợpIntel UHD
- Cổng kết nối:2 x USB 3.1HDMILAN (RJ45) USB 2.0VGA (D-Sub)
- Dạng output: DC Onboard I/O: 6 DI 24V
DC; 4 DO 24 V DC; 2 AI 0-10 V DC Program/data memory 50 KB
- Cường độ dòng điện: 5A Công suất tối đa: 60W
Một số thiết bị phụ trợ khác
- Attomat MCB NXB-63 sản xuất theo tiêu chuẩn: IEC60898-1
- Khả năng cắt ngắt mạch Icu = Ics: 6000A
- Điện áp chịu xung định mức: 4KV
- Tuổi thọ cơ khí: 20,000 lần
- Bảo vệ chống quá tải, ngắn mạch
- Hiệu quả cao, chi phí tiết kiệm Đèn báo
- Đèn báo pha phi 22mm
- Loại: Nhiều led, sáng Bóng led màu
- Có 3 loại: XANH, ĐỎ, VÀNG
- Đường kính ren phi 22mm, cao 51mm, đường kính mũ đèn 29mm
- Màu sắc: Đỏ vàng, xanh lá
- Dòng điện tiếp điểm: 5A
- Loại: Tích hợp đèn chỉ thị
- Điện áp chuyển mạch: 250 VAC, 125 VDC
- Điện trở tiếp điểm: 50 mΩ max
Kiểu đấu nối: Rơ le với Plug-in terminal
- Áp lực nén: 8kg hơi
- Tốc độ nạp khí siêu nhanh: 55s đầy bình
- Đầu nối ống được thiết kế dạng nút bấm với các răng khía giúp giữ chặt ống nhưng lại có thể dễ dàng tháo lắp Có kích thước ống:
- Đầu ren ngoài tinh tế được làm từ đồng thau, dễ dàng kết nối với các thiết bị Có kích thước ren M5: 9.6 mm
3.1.3 Sơ đồ mạch điện điều khiển của mô hình
Hình 3 2 Sơ đồ mạch điện điều khiển của mô hình
3.1.4 Thiết kế tủ điện cho mô hình
Hình 3 3 Mặt điều khiển tủ điện mô hình
Bố trí thiết bị trong tủ điện điều khiển mô hình
Hình 3 4 Bố trí thiết bị trong tủ điện mô hình
3.1.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển PLC
3.1.6 Xây dựng giao diện giám sát Wincc cho mô hình
Hình 3 6 Giao diện giám sát cho mô hình
Nhận xét và đánh giá kết quả thử nghiệm mô hình
Khi sản phẩm di chuyển đến cảm biến mà sản phẩm đấy là kim loại thì piston sẽ đẩy sản phẩm đấy xuống thùng kim loại
Hình 3 7 Sản phẩm phát hiện bởi cảm biến kim loại
Hình 3 8 Sản phẩm phi kim đi đến cuối băng tải
Hình 3 9 Kết quả giám sát trên Wincc của mô hình thử nghiệm
Kết luận thực nghiệm
Hệ thống hoạt động đúng như yêu cầu, phân biệt được sản phẩm kim loại và sản phẩm phi kim bằng cách sử dụng cảm biến tiệm cận
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- Thiết bị hoạt động ổn định khi hoạt động, các thiết bị cảm biến hoạt động ổn định
- Đồ án đã phân loại được sản phẩm phi kim và kim loại như đề tài đã đặt ra
Trong quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp, nhóm chúng em đã gặp nhiều khó khăn ban đầu Tuy nhiên, nhờ vào nỗ lực của các thành viên và sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo, sau hơn ba tháng làm việc nghiêm túc, chúng em đã hoàn thành bộ môn Đồ án tốt nghiệp.
Trong quá trình áp dụng lý thuyết vào thực tiễn, chúng tôi gặp nhiều khó khăn và không thể tránh khỏi sai sót Do đó, chúng tôi rất mong nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và chỉ bảo từ các thầy cô, nhằm nâng cao kiến thức chuyên môn và khả năng tự nghiên cứu của bản thân.
Qua đồ án tốt nghiệp, chúng em đã tích lũy được nhiều kiến thức quý báu Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô và ban giám hiệu nhà trường đã hỗ trợ và hướng dẫn chúng em trong những năm tháng học tập Sự dìu dắt của thầy cô không chỉ giúp chúng em nâng cao kiến thức mà còn mở ra nhiều cơ hội cho tương lai Chúc các thầy cô luôn dồi dào sức khỏe để tiếp tục đồng hành và góp phần vào sự phát triển giáo dục của đất nước.
- Có thể nâng quy mô của mô hình lên và thực tế hóa hệ thống này cho các kho xưởng, nhà máy hiện nay
- Nâng tốc độ xử lý lên mức nhanh nhất có thể để đáp ứng đủ sản phẩm cho doanh nghiệp
- Thiết kế thêm chức năng diều khiển giám sát thông qua WebServer để hoàn thiện hơn.