Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại phi kim và kim loại

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”.

LỜI NĨI ĐẦU Các giải pháp tự động hóa sản phẩm có tốc độ phát triển nhanh chóng Điều thúc đẩy lo ngại chi phí sẵn có lao động, đặc biệt bùng nổ thương mại điện tử xu hướng mua hàng trực tuyến tăng cao Dưới tác động đại dịch, người dân thay đổi nhu cầu mua sắm sang mua hàng trực tuyến thay đến trực tiếp cửa hàng nhằm hạn chế tiếp xúc tối đa Điều đồng nghĩa với việc có nhiều đơn đặt hàng nhỏ lẻ liên tục, cần có giải pháp tự động hóa để tối ưu thao tác thủ công Hệ thống phân loại sản phẩm giải pháp phù hợp thúc đẩy tăng suất sản phẩm, xử lý đơn hàng nhanh chóng, nâng cao lợi cạnh tranh cho doanh nghiệp Trong phân loại phi kim kim loại lĩnh vực đa dạng phát triển nhanh ngành điều khiển tự động hoá Trong hệ thống phân loại sản phẩm phân loại phi kim kim loại ưu chuộng kho hàng lớn bé toàn đất nước Nhận thấy hội phát triển, định hướng từ thầy giáo môn, nên nhóm chọn thực đề tài “Nghiên cứu, thiết kế hệ thống phân loại phi kim kim loại” Qua q trình vận hành thử nghiệm nhóm cho thấy máy hoạt động tốt, ổn định, suất tương đương với yêu cầu lúc trước để Bên cạnh tồn mặt hạn chế trình gia cơng sai số nên thiếu xác cho việc lắp ráp, thiếu nhiều kinh nghiệm nên lúc thiết kế có nhiều vị trí khó chỉnh Vì thời gian nghiên cứu điều kiện thực hạn chế nên chắn không tránh sai sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến từ thầy cô bạn để đề tài hồn thiện Trong q trình tiến hành làm báo cáo, chúng em tham khảo số tài liệu, tìm hiểu kiến thức thực tế trao đổi kiến thức với bạn nhóm, thời gian trình độ có hạn nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót đồ án Vậy chúng em mong bảo, đóng góp ý kiến thầy cho đồ án em hồn thiện MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH MỤC HÌNH ẢNH TÓM TẮT ĐỒ ÁN DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Giới thiệu phân loại sản phẩm 1.2 Các vấn đề đặt 1.3 Một số cấu trúc hệ thống phân loại sản phẩm 1.4 Một số hệ thống phân loại sản phẩm thực tế ứng dụng 11 CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ PHI KIM 16 2.1 Tổng quan điều khiển PLC 16 2.1.1 Sơ lược lịch sử PLC 16 2.1.2 Phân loại ứng dụng PLC 16 2.1.3 Cấu trúc hoạt động PLC 19 2.1.4 Ngôn ngữ lập trình PLC 21 2.2 Giới thiệu điều khiển plc s7_1200 26 2.2.1 Cấu tạo chung điều khiển plc s7_1200 26 2.2.2 Các lệnh lập trình Step 29 2.3 Phần mềm tia portal 30 2.3.1 Tổng quang TIA Portal 30 2.3.2 Các thành phần TIA Portal 31 2.4 Phân tích yêu cầu thiết kế 34 2.4.1 Đặt vấn đề 34 2.4.2 Một hệ thống phân loại sản phẩm thường có phận sau 34 2.5 Sơ đồ khối hệ thống 35 2.6 Tính tốn thiết kế phần cứng 36 2.6.1.Thiết bị có đề tài 36 2.6.3 Thiết kế phần cứng 43 2.7 Lập trình phần mềm điều khiển giám sát 46 2.7.1 Lập trình phần mềm điều khiển PLC 46 2.7.2 Giao diện giám sát wincc 46 CHƯƠNG CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ PHI KIM 51 3.1 Chế tạo mơ hình hệ thống 51 3.1.1 Kết cấu khí mơ hình 51 3.1.2 Thiết bị sử dụng mơ hình 51 3.1.3 Sơ đồ mạch điện điều khiển mơ hình 58 3.1.4 Thiết kế tủ điện cho mơ hình 58 3.1.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển PLC 59 3.1.6 Xây dựng giao diện giám sát Wincc cho mơ hình 60 3.2 Nhận xét đánh giá kết thử nghiệm mơ hình 60 3.3 Kết luận thực nghiệm 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 PHỤ LỤC 64 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Dây chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch 10 Hình 1.2 Dây chuyền phân loại cam 11 Hình 1.3 Dây chuyền phân loại cà chua theo màu sắc 12 Hình 1.4 Dây chuyền phân loại trứng, cà chua theo kích thước 43 Hình Thiết kế khí phân loại sản phẩm phi kim kim loại 34 Hình 2 Sơ đồ khối hệ thống 35 Hình Động pha 36 Hình Contactor S-T125 39 Hình Relay nhiệt TH-T50 35A 39 Hình Xilanh kép khí nén AIRTA C SC40- 600 40 Hình Van điện từ khí nén STNC FG2541-15L 41 Hình Cảm biến tiệm cận Lj12A3-4-Z/BX 41 Hình Simatic S7- 1200CPU 1211C DC/DC/DC 42 Hình 10 Đèn báo vòm YW1P-2EQM3R 42 Hình 11 Nút bấm có đèn YW1L-MF2E10Q4G 42 Hình 12 Rơ le RJ2S-CL-D24 43 Hình 13 Mạch động lực 43 Hình 14 Mạch điện xilanh khí nén 44 Hình 15 Mạch điện điều khiển 44 Hình 16 Mặt điều khiển tủ điện 45 Hình 17 Bố trí thiết bị tủ điện 45 Hình 18 Phần mềm plc s7-1200 TIA portal 46 Hình 19 Giao diện giám sát scada 47 Hình 20 Giao diện lập trình 48 Hình 21 Các trình kết nối 49 Hình 22 Quá trình kết nối plc với wincc 49 Hình 23 Kết nối PC với máy 50 Hình Kết cấu mơ hình thử nghiệm 34 Hình Sơ đồ mạch điện điều khiển mơ hình 42 Hình 3 Mặt điều khiển tủ điện mơ hình 42 Hình Bố trí thiết bị tủ điện mơ hình 43 Hình Lưu đồ điều khiển PLC mơ hình 44 Hình Giao diện giám sát cho mơ hình 45 Hình Sản phẩm phát cảm biến kim loại 45 Hình Sản phẩm phi kim đến cuối băng tải 46 Hình Kết giám sát Wincc mơ hình thử nghiệm 46 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án phân loại phi kim kim loại dựa vào yêu cầu thiết yếu thực tế đặt ra, nhằm tạo suất cao độ hiệu xác Quá trình thực nhóm hồn thành phần cứng lẫn phần mềm sản phẩm Kết nối nguồn với PLC thiết bị chạy, lắp đặt xong thiết bị khí để đẩy pittong, kết nối rơle trung gian cảm biến khí, vật thể Hồn thành băng tải, cố định vào khuôn thiết bị khởi chạy băng tải sản phẩm, thực chạy phân loại thành công yêu cầu đặt Đồ án có tiềm phát triển to lớn xưởng kho gặp vấn đề lớn vấn đề phân loại, không phân loại phi kim kim loại đồ án cịn phát triển lên phân loại sản phẩm, phân loại sản phẩm… The project of classifying non-metals and metals is based on the essential requirements of reality, in order to create the highest productivity and the most accurate efficiency The team implementation process has completed the hardware and software of the product Connect the power to the PLC and running devices, install the gas device to push the piston, connect the gas sensor intermediate relay, and the object Complete the conveyor belt, fix to the mold the device that launches the product conveyor, successfully run the sorting required The project has great potential for development when the warehouses are facing huge problems with classification problems, not only the classification of non-metals and metals, the project can also develop into product classification, classification product type… DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết Tắt Đầy đủ PC computer PLC Programmable Logic Controlle HDMI High-Definition Multimedia Interface HMI Human-Machine Interface CPU Central Processing Unit COM Serial port GUI Graphical User Interface CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 Giới thiệu phân loại sản phẩm Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện- điện tử điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng lĩnh vực khoa học, quản lý, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin… Do phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào nghiệp phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng Với kỹ thuật tiên tiến vi xử lý, PLC, vi mạch số… ứng dụng vào lĩnh vực điều khiển, hệ thống điều khiển khí thơ sơ, với tốc độ xử lý chậm chạp xác thay hệ thống điều khiển tự động với lệnh chương trình thiết lập trước Trong trình hoạt động nhà xưởng, xí nghiệp nay, việc tiết kiệm điện nhu cầu cần thiết, bên cạnh ngành cơng nghiệp ngày phát triển cơng ty xí nghiệp đưa tự động hóa sản xuất để tiện ích cho việc quản lý dây chuyền sản phẩm cho toàn hệ thống cách hợp lý yêu cầu thiết yếu, tiết kiệm nhiều thời gian quản lý cách dễ dàng Để đáp ứng yêu cầu đó, nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu tài liệu, thiết kế thi cơng mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chất liệu(phi kim, kim loại, ) Từ nguyên lý làm việc ta thấy muốn hệ thống hoạt động cần chuyển động cần thiết: - Chuyển động băng chuyền Để truyền chuyển động quay cho trục băng chuyền ta dùng động điện chiều thông qua truyền bánh trụ thẳng trung gian - Chuyển động tịnh tiến xylanh để phân loại sản phẩm có vật liệu(phi kim, kim loại,…) khác Chuyển động xylanh điều khiển hệ thống khí nén Chu trình làm việc máy: ấn nút Start máy hoạt động, sản phẩm xylanh đẩy vào băng chuyền Nhờ hệ thống điều khiển, sản phẩm băng chuyền phân loại với vật liệu(phi kim, kim loại,…) khác Các sản phẩm sau phân loại chuyển đến thùng hàng Chu trình tiếp tục phân loại xong sản phẩm Những lợi ích mà hệ thống phân loại sản phẩm đem lại cho lớn, cụ thể như: - Giảm sức lao động, tránh nhàm chán công việc, cải thiện điều kiện làm việc người, tạo cho người tiếp cận với tiến khoa học kỹ thuật làm việc môi trường ngày văn minh - Nâng cao suất lao động, tạo tiền đề cho việc giảm giá thành sản phẩm, thay đổi mẫu mã cách nhanh chóng - Giúp cho việc quản lý giám sát trở nên đơn giản, khơng thay đổi điều kiện làm việc cơng nhân mà còn giảm số lượng công nhân đến mức tối đa… 1.2 Các vấn đề đặt Mục tiêu đặt nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại phi kim kim loại có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa Để thiết kế cần thiết kế khí điều khiển động hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình điều khiển PLC Ngồi còn có vấn đề khác là: vật liệu mơ hình, nguồn cung cấp, tính tốn thơng số chi tiết Các vấn đề cần giải là: - Vấn đề khí: phân tích tính tốn lựa chọn vật liệu, thông số kỹ thuật chi tiết cho thỏa mãn yêu cầu đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt sửa chữa - Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động - Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng sản phẩm không bị hỏng 1.3 Một số cấu trúc hệ thống phân loại sản phẩm ➢ Phân loại phi kim kim loại Cấu tạo: - Một động điện chiều đề kéo băng chuyền Cảm biến phân loại phi kim kim loại xylanh để phân loại sản phẩm Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu Các rơ le trung gian Bộ phận giá đỡ khí cho tồn hệ thống Nút ấn Cảm biến đếm số lượng Nguyên lý hoạt động: - Van điện từ khí nén AIRTAC 4V310-10 loại van khí nén 5/2 có cổng vị trí đầu coil điện, thường dùng để điều khiển xi lanh khí nén Van điện tử - Kích thước cổng: 3/8''.(ren 17) - kích thước cổng xả: 1/4" (ren 13) - Áp suất hoạt động: 0.15 0.8 MPa - Loại van cửa vị trí (1 đầu coil điện) - 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 Khối cảm biến - Nguồn cấp: 0-36VDC - Khoảng cách :0-4mm - Dòng tiêu thụ:300mA Cảm biến tiệm cận - Phát hiện: Kim loại - Thời gian hồi đáp: ~2ms - Kích thước: Đường kính 12mm-dài 60mm - Ngõ dạng NPN cực thu hở 53 - Sơ đồ chân: - Màu nâu: VCC - Xanh dương: GND - Màu đen: Data out -Nguồn cấp: 5VDC -Khoảng cách: 3-80 cm, Có thể điều chỉnh khoảng cách biến trở -Dòng tiêu thụ: 300mA Cảm biến hồng ngoại -Sơ đồ chân: -Màu nâu: VCC, nguồn dương 5VDC -Màu xanh dương: GND, nguồn âm 0VDC -Màu đen: chân tín hiệu ngõ cực thu hở NPN Khối điều khiển - CPU: i510210U1.6GHz RAM:8 GBDDR4 (Onboard - khe) 2666 MHz - Ổ cứng:256 GB SSD NVMe PCIe Máy tính - Card hình: Card tích hợpIntel UHD - Cổng kết nối:2 x USB 3.1HDMILAN (RJ45) USB 2.0VGA (D-Sub) 54 - Power supply: DC20.428.8V DC, - Dạng output: DC Onboard I/O: DI 24V DC; DO 24 V DC; AI Simatic S71200 CPU 1211C 0-10 V DC Program/data memory 50 KB DC/DC/DC - Kích thước:10,40 x 11,00 x 8,8 - Khối lượng: 0,337 Kg - Hãng sản xuất: Siemens Khối nguồn - Điện áp đầu vào: 220V AC - Điện áp đầu ra: 24V D - Cường độ dòng điện: 5A Công suất tối đa: 60W Nguồn tổ ong Một số thiết bị phụ trợ khác - Attomat MCB NXB-63 sản xuất theo tiêu chuẩn: IEC60898-1 - Dòng định mức : 10A - Số cực: 2P - Khả cắt ngắt mạch Icu = Ics: 6000A - Điện áp chịu xung định mức: 4KV - Tuổi thọ khí: 20,000 lần - Tuổi thọ điện: 10,000 lần - Bảo vệ chống tải, ngắn mạch - Hiệu cao, chi phí tiết kiệm - Cấp bảo vệ: IP20 Aptomat 55 - Đèn báo pha phi 22mm - Loại: Nhiều led, sáng Bóng led màu - Có loại: XANH, ĐỎ, VÀNG Đèn báo - Đường kính ren phi 22mm, cao 51mm, đường kính mũ đèn 29mm - Mã sản phẩm: LA38 - Điện áp tải Max: 24V - Màu sắc: Đỏ vàng, xanh Nút nhấn - Kích thước: 66x 36x 29mm - Điện áp cuộn dây: 24v - Tiếp điểm: DPDT - Dòng điện tiếp điểm: 5A - Loại: Tích hợp đèn thị - Điện áp chuyển mạch: 250 VAC, 125 VDC - Điện trở kháng cuộn: 636Ω Relay trung gian - Điện trở tiếp điểm: 50 mΩ max - Dòng cuộn: 37.7 mA Kiểu đấu nối: Rơ le với Plug-in terminal - Kiểu lắp đặt: Socketable - Nhiệt độ hoạt động: -5570°C 56 - Độ ẩm hoạt động: 5-85% - Công suất mạnh mẽ: 600w - Dung tích bình: 9L - Áp lực nén: 8kg - Tốc độ nạp khí siêu nhanh: 55s đầy bình Máy bơm khí nén - Lưu lượng khí: 110L/phút - Điện áp: 220V - Đầu nối ống thiết kế dạng nút bấm với khía giúp giữ chặt ống lại dễ dàng tháo lắp Có kích thước ống: mm - Đầu ren tinh tế làm từ đồng thau, dễ dàng kết nối với thiết bị Có kích thước ren M5: 9.6 mm Van tiết lưu 57 3.1.3 Sơ đồ mạch điện điều khiển mơ hình Hình Sơ đồ mạch điện điều khiển mơ hình 3.1.4 Thiết kế tủ điện cho mơ hình Hình 3 Mặt điều khiển tủ điện mơ hình 58 Bố trí thiết bị tủ điện điều khiển mơ hình Hình Bố trí thiết bị tủ điện mơ hình 3.1.5 Lưu đồ thuật tốn điều khiển PLC Hình Lưu đồ điều khiển PLC mơ hình 59 3.1.6 Xây dựng giao diện giám sát Wincc cho mơ hình Hình Giao diện giám sát cho mơ hình 3.2 Nhận xét đánh giá kết thử nghiệm mô hình Khi sản phẩm di chuyển đến cảm biến mà sản phẩm kim loại piston đẩy sản phẩm xuống thùng kim loại Hình Sản phẩm phát cảm biến kim loại 60 Hình Sản phẩm phi kim đến cuối băng tải Hình Kết giám sát Wincc mơ hình thử nghiệm 3.3 Kết luận thực nghiệm Hệ thống hoạt động yêu cầu, phân biệt sản phẩm kim loại sản phẩm phi kim cách sử dụng cảm biến tiệm cận 61 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận - Thiết bị hoạt động ổn định hoạt động, thiết bị cảm biến hoạt động ổn định - Đồ án phân loại sản phẩm phi kim kim loại đề tài đặt Trong trình tính tốn để hồn thành đồ án tốt nghiệp bước đầu chúng em gặp khơng khó khăn bỡ ngỡ với nỗ lực bạn nhóm hướng dẫn tận tình thầy giáo Giờ sau ba tháng làm việc hăng say nghiêm túc chúng em hoàn thành xong môn Đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên trình vận dụng lý thuyết học vào thực hành gặp nhiều khó khăn khơng tránh khỏi sai sót Vì chúng em mong quan tâm giúp đỡ bảo thầy (cô) để thân chúng em ngày hồn thiện kiến thức chun mơn khả tự nghiên cứu Qua đồ án tốt nghiệp thân chúng em có thêm kiến thức cho Một lần nữa, chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô, ban giám hiệu nhà trường dìu dắt chúng em năm tháng sinh viên qua, giúp chúng em trau dồi kiến thức tạo dựng tương lai cho chúng em Xin chúc tất thầy cô tràn đầy sức khỏe, để đồng hành phát triển tương lai trồng người cho đất nước Hướng phát triển - Có thể nâng quy mơ mơ hình lên thực tế hóa hệ thống cho kho xưởng, nhà máy - Nâng tốc độ xử lý lên mức nhanh để đáp ứng đủ sản phẩm cho doanh nghiệp - Thiết kế thêm chức diều khiển giám sát thông qua WebServer để hoàn thiện 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Trần Thế Sang, Nguyễn Ngọc Phương (2008), PLC lập trình ứng dụng cơng nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] Phan Xuân Minh, Nguyễn Dỗn Phước (1997), Tự động hóa với SIMATIC S7-200, Nhà xuất Nông nghiệp [3] Nguyễn Trọng Danh (2013), Điều khiển PLC, Trung Tâm Phát Hành Sách Và Văn Hóa Phẩm Khoa Học Và Kỹ Thuật [4] Bộ xây dựng (2019), Giáo trình lập trình PLC, Nhà Xuất Bản Xây Dựng [5] Chu Khắc Huy (2019), Giáo Trình Lý Thuyết Điện Tử Công Nghiệp, Nhà xuất Hà Nội [6] Nhóm VHP (2019), Ứng dụng điện tử cơng nghiệp, Nhà xuất Thời Đại Tiếng Anh [1] Roert Bateson (2009), Introduction to control system technology [2] John Essick(2018), Hands-on Introduction to Labview for Scientists and Engineers,Oxford [3] W.Bolton(2006), Programmable logic controllers, Elsevier Newnes [4] King (2012), Introduction to Data Acquisition with Labview, McGraw-Hill Education [5] Max Rabiee (2017), Programmable logic controllers, Goodheart- Willcox 63 PHỤ LỤC Phụ lục Lập trình code băng phần mềm Tia porrtal V16 ➢ Khai báo symbols 64 ➢ Chương trình điều khiển: Chương trình khiển hệ thống phân loại sản phẩm kim loại phi kim mô tả sau: 65 66 - 67