Mục tiêu
Hệ thống phân loại nông sản theo trọng lượng là một giải pháp tự động hóa thông minh sử dụng PLC, giúp tiết kiệm không gian và giảm sức lao động Nó áp dụng công nghệ hiện đại để giải quyết các nhu cầu thực tế trong việc cân và phân loại nông sản, điều khiển thông qua màn hình HMI Toàn bộ quy trình được tự động hóa, do đó nhóm nghiên cứu không chỉ tập trung vào lắp đặt cơ khí và điện mà còn chú trọng vào lập trình điều khiển, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và luôn cân bằng.
Nội dung thuyết minh
Đề tài được trình bày trong 5 chương cụ thể như sau:
Chương 1: Tổng quan Đặt vấn đề dẫn nhập lý do chọn đề tài, trình bày mục tiêu, nội dung thuyết minh đề tài.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Tổng quan hệ thống phân loại tại nhà máy
Hiện nay, sự phát triển của công nghệ hiện đại đã dẫn đến việc tự động hóa nhiều quy trình sản xuất Trong số đó, dây chuyền cân và phân loại nông sản đang trở thành một hệ thống phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong ngành nông nghiệp.
Một hệ thống phân loại sản phẩm cơ khí hiện đại bao gồm nhiều khâu liên tiếp Sau khi sản phẩm cơ khí được sản xuất hàng loạt, chúng sẽ được tập trung tại nhà máy để tiến hành phân loại và xử lý.
Sản phẩm được đưa đến hệ thống cân loadcell qua băng chuyền, nơi cảm biến sẽ thực hiện việc cân nông sản một cách chính xác Việc xác định trọng lượng sản phẩm giúp phân loại chất lượng theo yêu cầu thị trường Với thiết kế tối ưu, tổng thời gian cân chỉ mất 1 giây.
Khi sản phẩm được cân xong được băng tải vận chuyển đến vị trí phân loại
Khâu phân loại bao gồm cảm biến nhận sản phẩm và cơ cấu tay gạt Cơ cấu gạt có thể là xi lanh thủy khí hoặc moto
Khâu cuối cùng là kiểm tra và đếm sản phẩm
Toàn bộ quy trình công nghệ phân loại sản phẩm được tự động hóa hoàn toàn, bắt đầu từ đầu vào là sản phẩm sản xuất hàng loạt ngẫu nhiên và kết thúc với đầu ra là sản phẩm đã được phân loại theo yêu cầu.
Hình Ảnh 2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo trọng lượng
Phân loại các máy phân loại
Việc phân loại máy phân loại sản phẩm có thể dựa trên nhiều tiêu chí như tên gọi, cấu tạo, phương thức hoạt động, hoặc sản phẩm cần phân loại Tuy nhiên, sự phân loại này chỉ mang tính tương đối, vì các máy có thể có cấu tạo giống nhau nhưng lại được đặt tên khác nhau tùy thuộc vào sản phẩm mà chúng phục vụ Hơn nữa, cách gọi tên cũng có thể khác nhau giữa nhà cung cấp và khách hàng, khi họ phân loại máy theo các tiêu chí như màu sắc, trọng lượng, và kích thước.
Hình Ảnh 3: Một số máy phân loại a Phân loại theo cấu tạo hệ thông cân và phân loại
Khi tải trọng tác động lên thân loadcell, nó gây ra biến dạng (giãn hoặc nén) cho thân loadcell, dẫn đến sự thay đổi chiều dài và tiết diện của các sợi kim loại trên điện trở strain gauges Sự thay đổi này làm biến đổi giá trị của các điện trở strain gauges, từ đó ảnh hưởng đến điện áp đầu ra.
– Khi sản xuất cân, nhà sản xuất xây dựng một bộ hiệu chỉnh bên trong cân điện tử để hiệu chỉnh lại cân tại nơi cần sử dụng
– Hệ thống cân sử dụng loadcell ( chọn loadcell tùy theo nhu cầu sử dụng…)
– Hệ thống cân sử dụng loadcell sau khi sản phẩm đi qua được hiển thị trên đầu cân điển tử…
– Hệ thống phân loại sử dụng piston, motor (một piston, hai piston, nhiều piston, một motor , …)
– Hệ thống phân loại tự động phương ngang, phương đứng b Phân loại theo dạng sản phẩm cần phân loại
– Hệ thống phân loại sản phẩm hàng hóa (sản phẩm cơ khí, công nghiệp,…)
– Hệ thống phân loại nông sản (cam, táo ,loài ,dưa )
– Hệ thống phân loại thủy sản (cá ,tôm ,…).
GIỚI THIỆU VỀ PLC SIEMENS S7 – 1200
Tổng quan về PLC
Kỹ thuật điều khiển đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài, từ việc con người trực tiếp điều khiển hệ thống đến việc sử dụng các ứng dụng điện, như Relay, để thực hiện việc đóng ngắt mà không cần công tắc cơ khí Relay cho phép thực hiện các thao tác điều khiển logic đơn giản, mang lại hiệu quả cao trong các quy trình Sự ra đời của máy tính vào những năm 1970 đã đánh dấu bước tiến mới trong lĩnh vực này với Kỹ thuật điều khiển lập trình PLC, nhanh chóng trở thành lựa chọn ưu việt cho việc điều khiển sản xuất.
PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) là thiết bị điều khiển có khả năng lập trình, cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic một cách linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình Người dùng có thể lập trình PLC để thực hiện nhiều trình tự sự kiện khác nhau.
PLC hoạt động bằng cách quét các trạng thái I/O, giúp thay thế các mạch relay phức tạp trong thực tế Việc thay đổi chương trình cài đặt trong PLC cho phép thực hiện các chức năng khác nhau trong các môi trường điều khiển đa dạng Một số hãng sản xuất PLC phổ biến hiện nay bao gồm Siemens, Omron, Mitsubishi, Schneider, ABB và Festo.
– S7-1200 ra đời năm 2009 dùng để thay thế dần cho S7-200 So với S7-200 thì S7-1200 có những tính năng nổi trội hơn
– S7-1200 được thiết kế nhỏ gọn, chi phí thấp, và một tập lệnh mạnh giúp những giải pháp hoàn hảo hơn cho ứng dụng sử dụng với S7-1200
– S7-1200 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP
Hình Ảnh 7: So sánh sự khác nhau giữa PLC S7-200 và S7-1200
Sự khác biệt giữa PLC S7-200 và PLC S7-1200 siemens Các thành phần của PLC S7-1200 bao gồm:
– 3 bộ điều khiển nhỏ gọn với sự phân loại trong các phiên bản khác nhau giống như điều khiển AC, RELAY hoặc DC phạm vi rộng
– 2 mạch tương tự và số mở rộng ngõ vào/ra trực tiếp trên CPU làm giảm chi phí sản phẩm
Bài viết đề cập đến 13 module tín hiệu số và tương tự khác nhau, bao gồm các module SM và SB Ngoài ra, còn có 2 module giao tiếp RS232/RS485 cho phép kết nối PTP Hệ thống cũng được bổ sung thêm 4 cổng Ethernet để tăng cường khả năng kết nối.
– Module nguồn PS 1207 ổn định, dòng điện áp 115/230 VAC và điện áp 24 VDC
Hình Ảnh 8: Cấu tạo của bộ điều khiển Siemens CPU S7-1200
Các module CPU khác nhau có hình dạng, chức năng, tốc độ xử lý lệnh, bộ nhớ chương trình khác nhau… b Cấu trúc chung của PLC
Hình Ảnh 9: Cấu trúc chung của PLC
Phần đầu vào của hệ thống PLC bao gồm các thiết bị như cảm biến, công tắc và nhiều nguồn đầu vào thực tế khác, kết nối với PLC qua đường ray đầu nối Trong khi đó, phần đầu ra có thể là động cơ, solenoid, đèn hoặc lò sưởi, hoạt động dựa trên việc điều chỉnh các tín hiệu đầu vào.
CPU (Bộ xử lý trung tâm) là thành phần chính trong hệ thống PLC, đảm nhiệm việc thực thi chương trình và xử lý tín hiệu I/O Nó kết nối trực tiếp với các thiết bị I/O thông qua các đường dây nội bộ thích hợp, giúp tối ưu hóa hoạt động của hệ thống.
Thiết bị lập trình là nền tảng quan trọng 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: 220VAC hoặc 24VDC
Bộ nhớ máy tính được chia thành hai phần chính: bộ nhớ dữ liệu và bộ nhớ chương trình Trong đó, thông tin chương trình và logic điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ người dùng hoặc bộ nhớ chương trình, từ đó CPU có thể tìm nạp các lệnh cần thiết để thực hiện.
Tín hiệu đầu vào và đầu ra, cùng với tín hiệu bộ định thời và bộ đếm, được lưu trữ trong bộ nhớ hình ảnh tương ứng.
Hoạt động cơ bản của PLC bao gồm việc sử dụng các cổng vào (Input - Module nhập) để nhận tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi như cảm biến, contact và động cơ Sau khi nhận tín hiệu, CPU sẽ xử lý và gửi tín hiệu điều khiển qua module đầu ra (Output – Module xuất) để điều khiển các thiết bị Ứng dụng của PLC rất đa dạng trong ngành công nghiệp.
Hiện nay, PLC (Bộ điều khiển lập trình) đã trở thành công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực sản xuất, cả công nghiệp lẫn dân dụng Từ việc điều khiển các hệ thống đơn giản với chức năng ON/OFF đến những ứng dụng phức tạp yêu cầu độ chính xác cao và áp dụng các thuật toán trong quy trình sản xuất.
PLC SIEMENS S7 – 1200
Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh cho việc điều khiển thiết bị tự động Với thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ, S7-1200 là giải pháp lý tưởng cho nhiều ứng dụng điều khiển khác nhau.
Bằng cách kết hợp bộ vi xử lý, nguồn tích hợp và các mạch ngõ vào, ngõ ra trong một thiết kế nhỏ gọn, CPU của S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi tải chương trình, CPU lưu trữ mạch logic cần thiết để giám sát và điều khiển thiết bị trong ứng dụng Nó theo dõi các ngõ vào và điều chỉnh ngõ ra dựa trên logic của chương trình, bao gồm các hoạt động như logic Boolean, đếm, định thì, phép toán phức tạp và giao tiếp với thiết bị thông minh khác.
Hình Ảnh 10: CPU S7-1200 1214C AC/DC/RLY
Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển
Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU
Trong một khối xác định, CPU tích hợp cổng PROFINET để giao tiếp qua mạng PROFINET, đồng thời hỗ trợ các module truyền thông cho kết nối qua mạng RS232 và RS485.
1 Bộ phận kết nối nguồn
2 Các bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo được (phía sau các nắp che)
Khe cắm thẻ nhớ nằm dưới cửa phía trên
3 Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp
4 Bộ phận kết nối PROFINET Hình Ảnh 11: Các chi tiết PLC b Các bảng tín hiệu
Bảng tín hiệu (SB) cho phép người dùng mở rộng khả năng I/O cho CPU bằng cách thêm vào các tín hiệu số hoặc tương tự SB được kết nối ở phía trước của CPU, giúp nâng cao hiệu suất và tính linh hoạt trong việc xử lý dữ liệu.
SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x AC và ngõ ra 2 x DC)
1 Các LED trạng thái trên
2 Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra
Hình Ảnh 12: Các led trạng thái của PLC c Các module tín hiệu
Người dùng có thể sử dụng các module tín hiệu để thêm vào CPU các chức năng Các module tín hiệu kết nối vào phía bên phải của CPU
1 Các LED trạng thái dành cho I/O của module tín hiệu
2 Bộ phận kết nối đường dẫn
3 Bộ phận kết nối nối dây của người dùng có thể tháo ra
Hình Ảnh 13:Module tín hiệu
Các loại CPU đa dạng mang đến nhiều tính năng và dung lượng, giúp người dùng phát triển các giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Bảng: Modul CPU của PLC S7 - 1200
Chức năng CPU 1211C CPU 1212C CPU 1214C
Kích thước vật lý (mm) 90 x 100 x 75 110 x 100 x 75
2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)
Bộ nhớ bit (M) 4096 byte 8192 byte Độ mở rộng các module tín hiệu
Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái)
Các bộ đếm tốc độ cao
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu giữ đồng hồ thời gian thực
Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40 0 C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnh
Thẻ nhớ Thẻ nhớ SIMATIC (tùy chọn)
Thời gian lưu giữ đồng hồ thời gian thực Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 40 0 C
PROFINET 1 cổng truyền thông Ethernet Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnh
Tốc độ thực thi Boolean 0,1 μs/lệnh
Họ S7-1200 cung cấp nhiều module tín hiệu và bảng tín hiệu, giúp mở rộng dung lượng cho CPU Ngoài ra, người dùng có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác nhau.
Module Chỉ ngõ vào Chỉ ngõ ra Kết hợp In/Out
16 x DC In / 16 x Relay Out Kiểu tương tự
Kiểu số _ _ 2 x DC In / 2 x DC Out
Kiểu tương tự _ 1 x Analog In _
Ngôn ngữ lập trình PLC S7 – 1200
Bộ điều khiển PLC S7 – 1200 ứng dụng cho hệ thống nhỏ và vừa, Siemens phát triển và ưu tiên hỗ trợ cho 3 ngôn ngữ lập trình sau:
– LADER (LAD): Ngôn ngữ lập trình theo sơ đồ mạch Đơn giản, dễ hiểu, dễ chỉnh sửa và tiện lợi
– Function Block Diagram (FBD): Ngôn ngữ lập trình theo đại số Boolean
– Structure Language Control (SCL): Ngôn ngữ lập trình theo dạng Text, đây là ngôn ngữ lập trình cấp cao sử dụng nền tảng Pascal phát triển
Phần mềm lập trình PLC S7 – 1200
Năm 2009, Siemens giới thiệu phần mềm TIA Portal V10.5 tích hợp STEP 7 Basic để lập trình PLC S7 – 1200 và WinCC Basic để thiết kế màn hình giám sát
Kể từ năm 2010, Siemens đã liên tục nâng cấp phần mềm TIA Portal, hiện đã đạt phiên bản 16 Phần mềm này không chỉ hỗ trợ lập trình cho các bộ điều khiển PLC mà còn cho phép thiết kế giao diện màn hình HMI/SCADA và cấu hình biến tần của Siemens.
TIA Portal, which stands for Totally Integrated Automation Portal, is a comprehensive automation software system It primarily consists of three key components: SIMATIC Step 7, SIMATIC WinCC, and Startdrive.
Hình Ảnh 14: Tổng quát về phần mềm TIA PORTAL Step 7 dùng để lập trình cho các bộ điều khiển PLC S7 với hai gói phần miềm Basic và Professional
SIMATIC WinCC dùng để thiết kế màn hình giao diện giám sát và điều khiển HMI cũng như SCADA với bốn gói phần mềm Basic, Comfort, Advanced và Professional
Startdrives (biến tần và động cơ )
Hình Ảnh 15: Các gói phần mềm sử dụng trong TIA PORTAL
Với các phiên bản mới , TIA PROTAL ngày càng được tích hợp thêm nhiều các tính năng và ứng dụng như :
SCOUT được sử dụng để lập trình cho các bộ SIMOTION, những bộ điều khiển chuyên biệt cho truyền động, hiện đã được tích hợp vào TIA Portal.
• TIA Openness giúp cho người dùng có thể đồng thời sử dụng các phần mềm lập trình hướng đối tượng như C++, NET, HTML, JavaScript… để lập trình hệ thống
• SIMOCODE ES được sử dụng để thiết kế và lập trình cho các bộ Simocode trong điều khiển và bảo vệ động cơ
Hình Ảnh 16: Giao diện phần mềm TIA Portal
Các đèn báo trên PLC
CPU và các module I/O sử dụng đèn LED để hiển thị thông tin về trạng thái hoạt động của cả module và I/O CPU cung cấp các chỉ thị trạng thái quan trọng để người dùng có thể theo dõi hiệu suất và tình trạng hoạt động.
• Màu cam thuần túy chỉ thị chế độ STOP
• Màu xanh lá thuần túy chỉ thị chế độ RUN
• Màu nhấp nháy (luân phiên giữa xanh lá và cam ) chỉ thị rằng CPU đang khởi động
Màu đỏ nhấp nháy báo hiệu sự cố, có thể là lỗi nội bộ trong CPU, lỗi liên quan đến thẻ nhớ, hoặc vấn đề cấu hình do các module không tương thích.
• Màu đỏ thuần túy chỉ thị phần cứng bị hỏng
Khi gắn thẻ nhớ, đèn LED chính (Maintenance) sẽ nhấp nháy, và CPU sẽ chuyển sang chế độ STOP Để bắt đầu quá trình định lượng thẻ nhớ, hãy thực hiện một trong các hàm được chỉ định sau khi CPU đã ở chế độ STOP.
• Thay đổi CPU sang chế độ RUN
• Thực hiện một sự đặt lại thẻ nhớ (MRES)
Kết nối điều khiển
Cho các model của S7-1200 sau:
• Module xuất nhập tín hiệu số
8 x Relay outputs, DC 5 to 30v/ AC
8 x 24v DC, IEC type 1 current sinking; 8 relay outputs, DC 5 to 30v/AC 5 To 250v , 2A 30w DC/ 200w AC
8 Inputs, DC 24V ,EIC type 1, current sinking; 8 transistor outputs, DC 24V, 0.5A, 5W
8 Inputs, DC 24v EIC type 1 current sinking
16 Inputs, DC 24V, IEC Type 1, current sinking; 16 Relay outputs, DC5 to 30v / AC 5 to 250v , 2A, 30w DC / 200W AC
16 Inputs, DC 24V, IEC Type 1, current sinking; 16 transistor
SM 1221 16 x 24v DC 16 Inputs, DC , IEC Type 1
Module xuất nhập tín hiệu tương tự
SM 1234 4 x Analog inputs /2 x analog ouputs
4 Analog inputs, ±10V ±5V, ±2.5V, or 0 to 20mA, 12 bits +sign;2 analog outputs, ±10v at 14 bits or o to 20 mA at 13 bits
4 Analog inputs, ±10V ±5V, ±2.5V, or 0 to 20mA, 12 bits +sign
2 analog outputs, ±10v at 14 bits or o to 20 mA at 13 bits Cách đấu nối của PLC hãng Siemens
Hình Ảnh 17: Cách đấu nối của PLC
Truyền thông giữa PC và PLC
Hình Ảnh 18: Truyền thông giữa PC và PLC
Tích hợp cổng truyền thông Profinet (Ethernet) tạo sự dễ dàng trong kết nối
Simatic S7-1200 và Simatic HMI Basic được lập trình trên nền tảng TIA Portal V16 hoặc phiên bản cao hơn Việc lập trình được thực hiện theo phương pháp kéo-thả, giúp người dùng dễ dàng, nhanh chóng và chính xác trong việc truyền thông kết nối qua các tags.
Việc tích hợp sẵn các đầu vào và ra cùng với các board tín hiệu giúp tiết kiệm chi phí, không gian và phần cứng khi mở rộng ứng dụng với số lượng đầu vào ra ít.
Dễ dàng cho người sử dụng sản phẩm trong việc mua gói thiết bị
Hình Ảnh 19: Kết nối giữa máy tính và S7-1200
Hình Ảnh 20: Dây cáp cổng mạng
Thiết lập kết nối nối PLC bằng TIA PORTAL
Ta cần phải bố sung một số thiết lập plc-side để truy cập vào một DB trong S7-1200:
- Chỉ có thể truy cập toàn cầu DBS
- Ngăn chặn truy cập tối ưu (Optimized block access) phải được tắt
- Mức truy cập phải "full" và "connection mechannism " phải cho phép GET/PUT
Ta thiết lập PLC sử dụng trong phần mềm TIA-Portal thích hợp với version của phần cứng ta chọn
Hình Ảnh 21: Thiết lập PLC
• Ở đây ta sử dụng PLC S7 1200 6ES7 214-AG40-0XB0 Chọn version để thiết lập PLC
• Chọn mức truy cập "full”
Hình Ảnh 22: Chọn mức truy cập cho PLC
Chọn full access để có thể đọc Bit và gửi Bit sang các chương trình HMI
• Trong mục "connection mechannism " cho phép truy cập GET/PUT Chọn mục “connection mechanism” để có quyền được truy cập các chương trình điều khiển, HMI
Hình Ảnh 23: Thiết lập cho phép kết nối các giao diện HMI Giao tiếp giữa PC và S7-1200
Ta sẽ sử dụng thư viện S7.Net để thực hiện việc kết nối giữa PLC và PC
Giới thiệu về thư viện S7.net
Cài đặt địa chỉ IP cho PLC S7.Net tương thích với các dòng PLC Siemens như S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200 và S7-1500 S7.Net là một driver PLC hoạt động qua kết nối Ethernet, yêu cầu PLC phải có Profinet CPU hoặc thẻ mở rộng Profinet (CPxxx Card).
Thư viện S7.Net được viết hoàn toàn trên C#, nhờ đó bạn có thể debug dễ dàng mà không phải thông qua các file dll sẵn có.
Giới thiệu màn hình HMI
HMI, viết tắt của Human – Machine – Interface, là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành và máy móc Mọi hình thức giao tiếp của con người với máy móc thông qua màn hình giao diện đều được gọi là HMI Màn hình HMI đã trở nên quen thuộc, đặc biệt trong ngành công nghiệp, nơi nó đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối giữa con người và máy.
THIẾT KẾ, THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI THEO TRỌNG LƯỢNG
Yêu cầu công nghệ của hệ thống
Sản phẩm nhẹ, trung bình, nặng và loại (không tính giá trị cân) sẽ được vận chuyển bằng tay hoặc máy móc đến băng tải chứa cân loadcell để tiến hành cân.
Sau khi băng tải di chuyển sản phẩm qua cân, PLC sẽ ghi nhận giá trị từ cảm biến cân và gửi tín hiệu về các loại trọng lượng (nhẹ, trung bình, nặng, loại).
Sau khi sản phẩm được cân xong, băng tải sẽ di chuyển sản phẩm đến cảm biến thích hợp Cảm biến này sẽ nhận tín hiệu và truyền đi, cho phép tay gạt hoạt động.
Sau khi tay gạt đưa sản phẩm đã cân vào hộp chứa, nó sẽ tự động quay về vị trí ban đầu Để đảm bảo vị trí trả về chính xác của tay gạt, cần sử dụng công tắc hành trình.
– Đối với sản phẩm loại, thì sản phẩm sẽ được băng tải di chuyển tới cuối vị trí băng tải chạy và rơi vào hộp chứa sản phẩm loại
Hình Ảnh 25: Yêu cầu công nghệ của hệ thống
Sơ đồ khối của hệ thống
Hình Ảnh 26: Sơ đồ khối của hệ thống
– Khối đầu vào : bao gồm cảm biến trọng lượng cân loadcell, cảm biến vị trí, nút nhấn
– Khối xử lý : nhận và xử lý thông tin để điều khiển khối băng tải động cơ và tay gạt sản phẩm
– Khối tải : gồm các động cơ giảm tốc để chạy băng tải và tay gạt sản phẩm, đèn báo.
Thiết bị sử dụng trong mô hình
Hình Ảnh 27: Cảm biến quang
Cảm biến dạng này sẽ hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:
Cảm biến phát hiện vật cản hoạt động bằng cách phát ánh sáng liên tục từ bộ phát đến bề mặt vật cản Ánh sáng này sau đó được phản xạ trở lại vị trí thu sáng, cho phép nhận diện chính xác sự hiện diện của vật cản.
Trạng thái không vật cản xảy ra khi không có vật cản nào ngăn chặn ánh sáng, dẫn đến việc ánh sáng không được phản xạ trở lại vị trí thu nhận hoặc bề mặt vật thể không phản xạ ánh sáng đến vị trí thu.
Điên áp hoạt động: 10 – 36Vdc
Dòng điện tiêu thụ: 500 mA b Động cơ DC
Hình Ảnh 28: Động cơ DC Trong mô hình dùng 4 động cơ DC loại có hộp số cho 1 băng tải và 3 cho khâu phân loại
Các đối tượng cần cấp nguồn bao gồm:
- Động cơ truyền động cho băng tải: 24VDC
- Động cơ gạt sản phẩm: 24VDC
- Rơ le trung gian 8 chân: 24VDC
- PLC S7 – 1200 1214C DC/DC/DC: 24VDC
Vì vậy cần một nguồn điện áp 24VDC để cung cấp cho đối tượng trên Trong mô hình này nhóm em sử dụng nguồn 24VDC - 10A, Nguồn 24V - 10A có chức năng:
– Chỉnh lưu từ điện lưới xoay chiều thành điện một chiều cung cấp cho các thiết bị điện tử
– Dùng trong các mạch ổn áp, cung cấp dòng áp đủ tránh trường hợp sụt áp, dòng ảnh hưởng đến mạch
– Hiệu quả cao, giá thành thấp, độ tin cậy cao
– Điện áp vào: 110V-240V/ 50-60Hz – Điện áp ra: 24V/10A
– Công suất: 24W – Chất liệu: Hợp kim nhôm – Kích thước 200 x 110 x 50 (mm) – Nhiệt độ làm việc: 20 - 40 o C
Nguyên lý hoạt động của mô hình phân loại nông sản theo trọng lượng
Mô hình sẽ hoạt động theo các bước sau đây:
Khâu đưa nông sản vào hệ thống cân:
Bắt đầu hệ thống từ vị trí ban đầu, băng tải hoạt động để vận chuyển nông sản đến vị trí của loadcell Khi cảm biến 1 phát hiện vật, sản phẩm sẽ được cân và tín hiệu sẽ được truyền đến đầu cân điện tử Kết quả cân sẽ được gửi về khối điều khiển trung tâm sau khi quá trình cân hoàn tất.
Khâu phân loại nông sản:
Sau khi hoàn tất quá trình cân, dữ liệu sẽ được gửi về PLC để phân tích Nông sản tiếp tục di chuyển trên băng tải; nếu trọng lượng nằm trong giới hạn của nông sản nhẹ, tay gạt sản phẩm nhẹ (CB2) sẽ phát hiện và kích hoạt tay gạt (TG1) để đưa nông sản xuống thùng Sau khi gạt xong, tay gạt sẽ trở về vị trí ban đầu.
Sản phẩm nông sản được phân loại dựa trên trọng lượng trung bình và nặng Khi nông sản không đạt tiêu chuẩn sau khi cân, băng chuyền sẽ tự động chuyển chúng về thùng nông sản loại.
Tên Kiểu dữ liệu Địa chỉ
START Bool I0.0 Khởi động hệ thống STOP Bool I0.1 Dừng hệ thống RESET Bool I0.2 Đưa về trạng thái ban đầu xóa lỗi
Bool I0.3 Cảm biến cân I_CB_N Bool I0.4 Cảm biến tay gạt sản phẩm nhẹ
Cảm biến tay gạt I_CB_TB với mức trung bình (I0.5) và I_CB_NN cho sản phẩm nặng (I0.6) là những lựa chọn đáng chú ý Ngoài ra, cảm biến tay gạt loại I_CB_L (I0.7) cũng mang lại hiệu suất cao cho các ứng dụng khác nhau.
Các tay gạt sản phẩm được phân loại theo trọng lượng và hướng di chuyển Tay gạt sản phẩm nhẹ (chạy tới) được biểu thị bằng Q_TG_N Bool Q0.0, trong khi tay gạt sản phẩm nhẹ (chạy về) là Q_TG_N1 Bool Q0.1 Đối với tay gạt sản phẩm trung bình, tay gạt (chạy tới) là Q_TG_TB Bool Q0.2 và tay gạt (chạy về) là Q_TG_TB1 Bool Q0.3 Cuối cùng, tay gạt sản phẩm nặng (chạy tới) được mã hóa là Q_TG_NN Bool Q0.4, và tay gạt (chạy về) là Q_TG_NN1 Bool Q0.6.
0 Đếm sản phẩm trung bình
Cài đặt trọng lượng nhẹ
SET_TL_TB REAL MD10
Cài đặt trọng lượng trung bình
SET_TL_NN REAL MD10
Cài đặt trọng lượng nặng
Cài đặt trọng lượng loại
Max_TL_TB Real MD34 Min_TL_TB Real MD38 Max_TL_NN Real MD42
Min_TL_NN Real MD46
Sơ đồ đấu dây a Sơ đồ tổng quan bố trí vị trí thiết bị:
Hình Ảnh 30: Bản vẽ trị trí thiết bị trên tấm panel b Bản vẽ sơ đồ đấu nối chi tiết:
Hình Ảnh 31: Trang bìa bản vẽ
Hình Ảnh 32: Nguồn điện của hệ thống
Hình Ảnh 33: Sơ đồ bố trí địa chỉ và nguồn của PLC S7-1200
Hình Ảnh 34: Sơ đồ đấu input-output của PLC với rơ-le
Hình Ảnh 35: Sơ đồ đấu nối đầu cân loadcell R30
Hình Ảnh 36: Sơ đồ đấu nối nút nhấn và cảm biến
Khai báo các khối dữ liệu a Tạo khối DB
Khối DB trangthai là dùng để lưu giá trị từng trạng thái của các biến
Tên Kiểu dữ liệu Mô tả
START Bool Khởi động hệ thống
STOP Bool Dừng hệ thống
RESET Bool Đưa về trạng thái ban đầu xóa lỗi CB_LOADCELL Bool Cảm biến cân
Cảm biến tay gạt CB_N được thiết kế cho sản phẩm nhẹ, trong khi CB_TB phù hợp với sản phẩm trung bình Đối với sản phẩm nặng, người dùng có thể lựa chọn cảm biến tay gạt CB_NN Cuối cùng, CB_L là cảm biến tay gạt dành cho các sản phẩm loại đặc biệt.
Q_TG_N Bool Tay gạt sản phẩm nhẹ
Q_TG_TB Bool Tay gạt sản phẩm loại
Q_TG_NN Bool Tay gạt sản phẩm nặng
SL_SPN INT Đếm sản phẩm nhẹ
SL_SPTB INT Đếm sản phẩm trung bình
SL_SPNN INT Đếm sản phẩm nặng
SL_SPL INT Đếm sản phẩm loại
The article discusses the configuration settings for different weight categories: SET_TL_N for lightweight settings, SET_TL_TB for medium weight settings, SET_TL_NN for heavyweight settings, and SET_TL_L for type-specific weight settings.
Hình Ảnh 37 : Mô hình thực tế mô hình phân loại sản phẩm
1 Cấu tạo bằng khung thép chiều dài cơ sở bằng 1,2 mét, chiều cao 20cm, rộng 30cm
2 Hệ thống sử dụng 5 cảm biến PNP với 5 chức năng khác nhau
3 Hệ thống Loadcell, băng tải và động cơ (động cơ quay tay gạt sản phẩm theo phân loại đã lập trình)
4 Khối PLC S7-1200 xử lý tín hiệu điều khiển
5 Các rơ-le có chức năng đóng ngắt quá trình hoạt động của hệ thống( hình 7.2)
6 Aptomat để ngăn ngừa ngắn mạch, hỗ trợ đề phòng sự cố, bảo vệ mạch điện (hình 7.3)
7 Băng tải nhôm để vận hành đưa sản phẩm chạy đến vào trạm cân và đưa đến cần gạt phân loại sản phẩm(hình 7.4)
8 Cảm biến loadcell cân băng tải ( hình 7.5)
9 Đầu hiển thị cân điện tử (hình 7.6)
Hình Ảnh 38: Rơ-le đóng ngắt điện 24V
Hình 38: Rơ-le OMRON H3Y-4 12VDC 24VDC 110VAC 220VAC Model : H3Y-4
Sử dụng nguồn: 12VDC, 24VDC, 110VAC, 220VAC Thời gian trì hoãn: 10s, 30s, 60s, 30M,
Chế độ hoạt động: ON-delay, Star-delta Kích thước của relay timer ormon H3Y-4: 6.3x2.2x2.7 cm Trọng lượng: 50g
Hình 39: Cầu dao tự động Easy bao gồm các chức năng:
- Bảo vệ chống dòng quá tải
- Bảo vệ chống dòng ngắn mạch
- Dòng cắt ngắn mạch: 4.5kA
Hình Ảnh 41: Cảm biến loadcell cân băng tải Hình 41: Cảm biến loadcell:
Cảm biến loadcell là thiết bị chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện, với giá trị tác dụng tỉ lệ thuận với sự thay đổi điện trở trong cầu điện trở Nguyên lý hoạt động của loadcell điện trở dựa trên áp lực và trở kháng; khi có lực tác động lên cảm biến, trở kháng sẽ thay đổi, dẫn đến sự thay đổi điện áp đầu ra tương ứng với điện áp đầu vào.
Cảm biến loadcell được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực, bao gồm việc đo khối lượng vật phẩm, phân phối trọng lượng sản phẩm trong các dây chuyền tự động hóa và đo trọng lượng xe tải.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Loadcell được cấu tạo từ hai thành phần chính là strain gage và load Thông thường, một loadcell sẽ có các strain gage được gắn chặt vào bề mặt của thân loadcell để đo lực chính xác.
Thân loadcell là một khối kim loại đàn hồi, được thiết kế với nhiều hình dạng và vật liệu khác nhau như nhôm hợp kim và thép không gỉ, tùy thuộc vào loại loadcell và mục đích sử dụng của nó.
Strain gage là một điện trở đặc biệt, có điện trở thay đổi khi bị nén hay kéo dãn và được nuôi bằng một nguồn ổn định
Load là một thanh kim loại có tính đàn hồi
Hình Ảnh 42: Đầu hiển thị cân điện tử
Bộ điều khiển cân BC360L được trang bị đầy đủ các trình tự điều khiển điểm đặt cơ bản, cho phép sử dụng linh hoạt trong nhiều lĩnh vực công nghiệp với chi phí hợp lý Thiết bị này có khả năng chuyển đổi tín hiệu cân thời gian thực thành tín hiệu truyền thông công nghiệp tiêu chuẩn, đồng thời tích hợp hiển thị trường và truyền dữ liệu từ xa Ngoài ra, nó còn hỗ trợ điều khiển định lượng và so sánh điểm đặt một cách đồng thời, được ứng dụng rộng rãi trong các ngành như luyện kim, hóa chất, vật liệu xây dựng, thực phẩm, dệt may, phòng thí nghiệm và phân tích lực vật liệu.
Hình Ảnh 43: Motor giảm tốc
Động cơ DC 775 với hộp giảm tốc là lựa chọn lý tưởng cho sản xuất sản phẩm DIY, giáo dục, nghiên cứu và thay thế cho một số máy móc công nghiệp và dân dụng Đặc điểm nổi bật của động cơ này là giảm số vòng quay qua hộp giảm tốc trong khi tăng momen xoắn Điện áp hoạt động là DC-12V, được làm mát bằng quạt Tỉ số truyền đạt được là 1:158 (30V/p) và 1:117 (55 V/p) Động cơ có trụ đầu ra 8mm, vỏ bằng thép bền bỉ, cuộn dây đồng chất lượng cao và bánh răng kim loại trong hộp giảm tốc Trục ra có thể kết hợp với nhiều chi tiết máy như bánh răng, buly, bánh xích và các loại khớp nối trục.
Hình Ảnh 44: Công tắt hành trình Hình 44 : Công tắt hành trình :
- Tiếp điểm: 0,1A, 125 VAC tới 15A, 250 VAC
• 18 môđen cho mọi ứng dụng: độ nhạy cao, chịu nước, dòng nhỏ, các loại tay đòn khác nhau Kích thước 49,2x17,5x24,2 (mm)
Màn hình HMI (Human- Machin – Interface) điều khiển hệ thống
Hình Ảnh 45: Màn hình HMI Weintek
Màn hình HMI Weintek là thiết bị giao tiếp tối ưu giữa con người và máy móc, giúp cải thiện chức năng của thiết bị cũ bằng cách loại bỏ phím chức năng và thay thế bằng màn hình cảm ứng công nghệ cao Thiết bị này hiển thị thông số rõ ràng và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực sản xuất như dầu khí, điện tử, sản xuất thép, dệt may, bao bì, dây chuyền sản xuất nước, cũng như trong ngành công nghiệp ô tô và xe máy.
Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nhà sản xuất màn hình HMI như Misubisi, Omrom, Autonics…
Phần cứng: CPU ARM RISC 528MHz, 128MB FLASH, 128MB RAM
Giao tiếp cổng COM chuẩn RS232/RS422/RS485 và 1 cổng Ethernet
Màn hình cảm ứng 16,7 triệu màu Độ phân giải 1024*600 pixel
Kết nối được với tất cả PLC các hãng nổi tiếng khác Đặc biệt kết nối với PLC Siemens S7 1200 trực tiếp qua cổng Ethernet
Màn hình HMI cảm ứng kích thước 10 inch, xuất xứ hãng Weintek – Đài Loan
MT8071iP – Màn hình HMI Weintek:
Thông số kỹ thuật cơ bản:
LCD hiển thị: 7 inch TFT Độ phân giải (WxH dots): 800×480 Độ sáng màn hình (cd/m2): 350 Tuổi thọ LCD: >30,000 hrs
Màn hình LCD: 16.7 triệu màu EasyBuilder Pro Tấm cảm ứng: 4-wire Resistive Type
Bộ nhớ Flat ROM (MB): 128 MB RAM (MB): 128 MB
CPU: Cortex A8 CPU 600MHz USB Host: USB 2.0 x 1
USB Client: Micro USB Khe cắm thẻ SD: Không RTC: Tích hợp (built-in)
Ethernet: YES COM1 RS-232, COM2 RS-485 2W/4W Canbus: Không
Ngõ ra Audio: Không Ngõ vào Video: Không Điện áp đầu vào: 10.5 – 28 V DC Đặc điểm:
Vỏ: Nhựa Kích thước bao ngoài (WxHxD) 200.4 x 146.5 x 34 mm Kích thước khoét lỗ panel: 192 x 138 mm
Nhiệt độ hoạt động: 0° ~ 50°C (32° ~ 122°F) Trọng lượng: 0.52 Kg
HMI: Giao tiếp người – máy PLC: Bộ điều khiển logic lập trình Manual: Tài liệu hướng dẫn Products: Sản phẩm
Support: Hỗ trợ Services: Dịch vụ Software: Phần mềm Windows Embedded CE: Hệ điều hành nguồn mở, được sử dụng cho các hệ thống nhúng
CPU: Bộ xử lý trung tâm RAM: là bộ nhớ tạm lưu trữ thông tin hiện hành để CPU có thể truy xuất và xử lý
ROM là bộ nhớ chỉ cho phép đọc, trong khi EEPROM cho phép đọc, xóa và cập nhật lại chương trình Cấp độ bảo vệ IPxx xác định khả năng chống xâm nhập của vật thể rắn và lỏng, ví dụ như IP66 bảo vệ chống bụi và nước phun từ mọi phía.
Thiết bị giao diện người – máy được hiểu là một thiết bị điện, điện tử làm nhiệm vụ giao tiếp giữa người điều hành và thiết bị máy móc
Tùy vào mục đích sử dụng mà thiết bị này có chức năng: chỉ điều khiển, chỉ giám sát hoặc cả điều khiển và giám sát