Đồ án môn học điều khiển lập trình plc đề tài phân loại sản phẩm theo chiều cao và màu sắc

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt NamKHOA CNKT ĐIỆN, ĐIỆN TỬĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc1.Các số liệu ban đầu:- Cảm biến hồng ngoại 24VDC giúp ph

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG

KHOA CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

SVTH: Nguyễn Tiến Phong

Nguyễn Ngọc Tân Nguyễn Quốc Vũ

ĐỀ

TÀI :

PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO VÀ MÀU SẮC

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC

GVHD: NGUYỄN HỒNG PHÚC

Đà Nẵng, 12/2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam KHOA CNKT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

1.Các số liệu ban đầu:

- Cảm biến hồng ngoại 24VDC giúp phát hiện sản phẩm

- Các linh kiện trong hệ thống.

- Băng tải 24VDC dùng để đưa hàng vào, và đưa hàng ra.

- Arduino và cảm biến màu sắc

- Khối xử lý trung tâm PLC Siemens S7 – 1200.

2.Nội dung thực hiện:

Nội dung 1: Tổng quan, giới thiệu đề tài, nội dung thuyết minh

Nội dung 2: Khảo sát hệ thống trong thực tế

Nội dung 3: Tìm hiểu về PLC

Nội dung 4: Nguyên lý hoạt động của hệ thống, thiết kế phần cứng

Nội dung 5: Thiết kế chương trình điều khiển

Nội dung 6: Lắp ráp, thi công toàn bộ mô hình

III HỒ SƠ ĐỒ ÁN

1 Tập thuyết minh đồ án tốt nghiệp

LỜI MỞ ĐẦU

Trong thời đại ngày nay, sự bùng nổ của khoa học và công nghệ đã mở

ra những cánh cửa mới cho sự phát triển vững mạnh của các lĩnh vực sản xuất

và công nghiệp Việc tích hợp các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào quá trình sảnxuất không chỉ giúp giảm bớt khối lượng lao động mà còn nâng cao hiệu suấtsản xuất và chất lượng sản phẩm Trong bối cảnh này, ngành tự động hóađóng vai trò quan trọng, không chỉ làm giảm áp lực lao động đối với conngười mà còn đóng góp đáng kể vào việc cải thiện năng suất và chất lượngtrong quá trình sản xuất

Một trong những công nghệ quan trọng đặt nền móng cho sự hiện đạihóa và tự động hóa trong sản xuất là kỹ thuật điều khiển logic lập trình, haycòn được biết đến với tên gọi viết tắt PLC (Programmable Logic Controller).PLC không chỉ là công cụ hỗ trợ, mà còn là trái tim của hệ thống tự động hóa,đảm bảo sự chính xác, linh hoạt và hiệu quả trong quá trình sản xuất

Tại Đại Học Kiến Trúc Đà Nẵng, sự chăm sóc và hướng dẫn của cácgiáo viên, đặc biệt là thầy giáo TS "Nguyễn Hồng Phúc", đã tạo điều kiệnthuận lợi cho sự phát triển của sinh viên Dưới sự hướng dẫn tận tâm của thầy,

em đã có cơ hội thực hiện đồ án có tựa đề "Thiết kế hệ thống phân loại sảnphẩm ứng dụng PLC" Đề tài này không chỉ mang tính ứng dụng cao mà còngiúp sinh viên hiểu rõ hơn về ứng dụng của PLC trong quá trình sản xuất vàquản lý sản phẩm

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Tổng quan về băng chuyền 1

1.2 Phương pháp phân loại sản phẩm 1

1.2.1  Quá trình hình thành và phát triển 1

1.2.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm 2

CHƯƠNG 2 - TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM LIÊN QUAN VỀ HỆ THỐNG 5

2.1 Phần mềm TIA Protal 5

2.2 Khái quát chung về PLC 5

2.2.1   Tổng quan về PLC S7-1200 5

CHƯƠNG 3 – LỰA CHỌN LINH KIỆN 9

3.1 Cảm biến quang 9

3.2 Băng tải 10

3.3 Nguồn tổ ong 11

3.4 Rơ-le trung gian 12

3.5 Xi lanh 13

3.6 Van điện từ 4/2 14

3.7 Arduino 15

3.8 Giới thiệu module cảm biến màu TCS3200 16

CHƯƠNG 4 – THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM.17 4.1 Thiết kế phần cứng 17

4.1.1 Thiết kế phần cơ khí 17

4.2 Sơ đồ đấu dây PLC 18

4.3 Chương trình điều khiển 19

4.1 Nguyên lý hoạt động 24

Kết luận 25

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI1.1 Tổng quan về băng chuyền

Băng chuyền (hay còn gọi là băng tải) là một hệ thống vận chuyển tựđộng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp để di chuyển vật liệu từmột vị trí đến vị trí khác Băng chuyền được thiết kế để di chuyển các vật liệu

có kích thước và trọng lượng khác nhau, từ các vật liệu nhẹ như bột, hạt, đávụn đến các vật liệu nặng như thép, than đá, quặng sắt

Băng chuyền bao gồm các thành phần cơ bản như băng, hệ thống truyềnđộng, hệ thống treo và hệ thống chuyển hướng Băng chuyền có thể được điềukhiển bằng các phương tiện điều khiển khác nhau như bộ điều khiển PLC,máy tính và các thiết bị cảm biến để đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.Băng chuyền được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp nhưkhai thác mỏ, sản xuất, vận tải và kho bãi Ứng dụng của băng chuyền cũngrất đa dạng, từ vận chuyển nguyên liệu đến sản phẩm hoàn chỉnh và thậm chí

là sản phẩm bán lẻ trong ngành thương mại

1.1.1 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công môhình đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao, màu sắc" là nắm rõ nguyên líhoạt động của cảm biến chiều cao, cảm biến màu sắc TCS 3200, làm quen vớingôn ngữ lập trình Tia portal 17 thực hiện các tác vụ cơ bản và hệ điều hànhadruno để nhận biết và phân loại sản phẩm

1.2 Phương pháp phân loại sản phẩm

1.2.1 Quá trình hình thành và phát triển

Trước kia, việc phân loại sản phẩm chủ yếu được thực hiển bởi conngười, bằng sự quan sát và dựa vào kinh nghiệm, rồi sau đó chọn ra sản phẩmđạt yêu cầu và loại bỏ phế phẩm Công việc này đòi hỏi sự tập trung cao màlặp đi lặp lại nhiều lần nên khó đảm bảo độ chính xác và ổn định trong côngviệc Nhưng giờ đây việc đó đã được thực hiện tự động hoá bởi hệ thống cácthiết bị kỹ thuật chuyên dụng giúp việc phân loại sản phẩm nhanh và chínhxác

Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiềutrong thực tế hiện nay Với việc dùng sức người, đối với các công việc đòi hỏi

sự tập trung cao và có tính lặp lại thì các công nhân khó đảm bảo được sựchính xác trong công việc Chưa kể đến có những khâu phân loại dựa trên cácchi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnhhưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy,

hệ thống tự động nhận dạng và phân loại sản phẩm ra đời là một sự phát triểntất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này

Đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế cácmặt hàng được sản xuất ra không những phải đạt tiêu chuẩn về chất lượng, màcòn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng,màu sắc… Cho nên từ đó các khu công nghiệp được hình thành với việc chútrọng đầu tư dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại để phối hợp với nhu cầusản xuất, và để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất.

1.2.2 Các phương pháp phân loại sản phẩm

A Khái niệm

Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống được điều khiển tự động hoặcbán tự động với mục đích chia sản phẩm thành các nhóm có cùng thuộc tính

để thực hiện đóng gói hay loại bỏ phế phẩm

Hệ thống phân loại sản phẩm tự động được sử dụng để phục vụ và hỗ trợdây chuyền phân loại đóng gói, chế biến, xuất nhập kho, hàng hóa, bưu kiện.Các sản phẩm được phân loại theo một số tiêu chí như: kích thước, chiều cao,trọng lượng, màu sắc nhờ vào công nghệ tiên tiến với Camera kiểm tra sảnphẩm

Phân loại:

Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tếtrong các nhà máy xí nghiệp bao gồm:

 Phân loại sản phẩm theo kích thước: Phương pháp này dựa vào

kích thuớc của sản phẩm mà phân loại Phương pháp này thường đuợc ápdụng trong các ngành công nghiệp chế biến bia, nuớc giải khát,

 Phân loại sản phẩm theo màu sắc: Phương pháp này dựa vào

màu sắc sản phẩm mà phân loại, được ứng dụng hiều trong các dây chuyềnchế biến nông sản, vật liệu xây dựng nhằm phân loại chính xác màu sắc củasản phẩm

 Phân loại sản phẩm theo cân nặng: Hệ thống ứng dụng đa dạng

các loại, kiểu sản phẩm theo nguyên tắc kiểm tra khối lượng online, sau đóphân ra từng cỡ trọng lượng theo yêu cầu

Ứng dụng phân loại sản phẩm theo khối lượng cho một số ngành thựcphẩm, thủy hải sản, nông sản,

 Hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch: Đây là hệ thống

được sử dụng phổ biến nhất hiện nay, dây chuyền này được sử dụng để phânloại các kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm thành phẩm đã được đóng thùngcarton, đóng túi và dán mã vạch Barcode, mã QR.Với những thông tin đượclưu trữ trên mã vạch dán trên sản phẩm, hệ thống dễ dàng sàng lọc và lựachọn, đưa sản phẩm về vị trí tập kết theo yêu cầu đăt ra: Đối với những sảnphẩm điện tử, công nghệ: phân theo cùng lô sản xuất, ngày sản xuất, model

CHƯƠNG 2 - TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ VÀ PHẦN

MỀM LIÊN QUAN VỀ HỆ THỐNG

2.1 Phần mềm TIA Protal

TIA Portal viết tắt của Totally Integrated Automation Portal là một phầnmềm tổng hợp của nhiều phần mềm điều hành quản lý tự động hóa, vận hànhđiện của hệ thống

TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cảcác phần mềm khác phát triển: Lập trình, tích hợp cấu hình thiết bị trong dải

sản phẩm. Đặc điểm TIA Portal cho phép các phần mềm chia sẻ cùng 1 cơ

sở dữ liệu, tạo nên tính thống nhất, toàn vẹn cho hệ thống ứng dụng quản lý,vận hành. 

TIA Portal tạo môi trường dễ dàng để lập trình thực hiện các thao tác:

 Thiết kế giao diện kéo nhã thông tin dễ dàng, với ngôn ngữ hỗ trợ đadạng

 Quản lý phân quyền User, Code, Project tổng quát

 Thực hiện go online và Diagnostic cho tất cả các thiết bị trong project

để xác định bệnh, lỗi hệ thống

 Tích hợp mô phỏng hệ thống

 Dễ dàng thiết lập cấu hình và liên kết giữa các thiết bị Siemens. 

Ưu điểm của TIA Protal

 Tích hợp tất cả các phần mềm trong 1 nền tảng, chia sẻ cơ sở dữ liệuchung dễ dàng quản lý, thống nhất cấu hình Giải pháp vận hành thiết

bị nhanh chóng, hiệu quả, tìm kiếm khắc phục sự cố trong thời gianngắn

 Tất cả các yếu tố: Bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập trình vàcấu hình trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết kiệm thời gianthao tác, thiết lập truyền thông giữa các thiết bị Chỉ với 1 biến số của

bộ lập trình PLC được thả vào màn hình HMI, kết nối được thiết lập màkhông cần bất ký thao tác lập trình nào

2.2 Khái quát chung về PLC

2.2.1  Tổng quan về PLC S7-1200

 PLC S7-1200 là một loại bộ điều khiển logic lập trình (PLC) sở hữu thiết

kế nhỏ gọn, có khả năng xử lý tốc độ cao, hỗ trợ nhiều thiết bị đầu vào/rakhác nhau, bao gồm cả các thiết bị nặng và chịu va đập phù hợp với cácứng dụng công nghiệp nhỏ và vừa, đáp ứng nhu cầu kiểm soát và tự động

hóa đơn giản Hiện nay, dòng sản phẩm bán chạy nhất thị trường bởi chiphí thấp và độ hiệu quả cao.

 Nó cũng có khả năng mở rộng linh hoạt, hỗ trợ các module giao tiếp vớicác thiết bị bên ngoài như máy tính, máy in, máy đo, cảm biến, van điềukhiển và các hệ thống khác

 PLC này cũng tích hợp các tính năng bảo mật mạnh mẽ để đảm bảo antoàn và bảo vệ các thông tin quan trọng trong quá trình hoạt động Nócũng có thể được kết nối với các thiết bị khác như bộ lập trình, máy tính đểthiết lập chương trình điều khiển cho nó

A Thiết kế chính

Thiết kế chính của SIMATIC S7-1200 bao gồm các thành phần sau:

 Bộ xử lý trung tâm (CPU): Đây là trái tim của thiết bị này, nơi xử lý cáctác vụ kiểm soát và logic CPU có chức năng đọc tín hiệu từ các đầu vào,

xử lý các lệnh logic và điều khiển các đầu ra

 Đầu vào (Input): Sản phẩm có các module đầu vào kỹ thuật số và analog

để đọc các tín hiệu từ cảm biến, công tắc, bộ mã hóa và các thiết bị khác.Đầu vào số thường được kết nối thông qua các đầu cắm hoặc kết nối trựctiếp, trong khi đầu vào analog có thể chấp nhận tín hiệu liên tục

 Đầu ra (Output): Thiết bị có các module đầu ra kỹ thuật số và analog đểđiều khiển các thiết bị như van, động cơ, bơm, đèn và các thiết bị khác.Đầu ra số thường được kết nối thông qua các đầu cắm hoặc kết nối trựctiếp, trong khi đầu ra analog cung cấp tín hiệu điện áp hoặc dòng liên tục

 Truyền thông: PLC hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông như Ethernet,PROFIBUS DP và PROFINET Điều này cho phép nó kết nối với các thiết

bị khác như máy tính, màn hình cảm ứng, bộ điều khiển màn hình, PLCkhác và các thiết bị điều khiển khác trong mạng công nghiệp

 Bộ nhớ: Sản phẩm sở hữu bộ nhớ lưu trữ chương trình người dùng và dữliệu của chương trình Bộ nhớ có thể được mở rộng thông qua thẻ nhớ SD

để lưu trữ dữ liệu mở rộng hoặc sao lưu

 Nguồn cấp: Thiết bị sử dụng nguồn cấp điện 24VDC hoặc 220VAC tùyvào nhu cầu sử dụng của người dung

B Giao tiếp và truyền thông

Thiết bị hỗ trợ nhiều cổng giao tiếp và giao thức truyền thông khác nhau đểtương tác với các thiết bị ngoại vi như máy tính, màn hình cảm ứng, cảm biến,động cơ, và các thiết bị khác Dưới đây là một số cổng giao tiếp và truyềnthông quan trọng của PLC này:

 Cổng Ethernet: Thiết bị này có cổng Ethernet tích hợp cho kết nốimạng TCP/IP Điều này cho phép nó kết nối với máy tính, các hệ thốngSCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), và truyền tải dữliệu giữa các thiết bị khác nhau trong mạng

 Cổng PROFIBUS: PROFIBUS là một giao thức truyền thông côngnghiệp phổ biến cho việc kết nối các thiết bị trong hệ thống tự độnghóa Thiết bị này có thể được cấu hình để kết nối với mạng PROFIBUSbằng các module mở rộng thêm cổng này để truyền thông với các thiết

bị khác như động cơ, cảm biến, và bộ điều khiển

 Giao diện USB: USB cho phép truyền tải dữ liệu, chương trình, hoặccài đặt từ máy tính qua cổng USB

 Truyền thông không dây: Có thể sử dụng các mô-đun mở rộng để thêmkhả năng truyền thông không dây như Bluetooth hoặc Wi-Fi để kết nối

và kiểm soát từ xa

C Tính năng nổi bật của PLC S7-1200

PLC S7-1200 sở hữu một số ưu điểm vượt trội so với các phiên bảntrước đó hoặc các dòng PLC Siemens khác Dưới đây là một số ưu điểmchính của sản phẩm:

 Thiết bị được thiết kế nhỏ gọn, giúp tiết kiệm không gian và dễ dànglắp đặt trong các ứng dụng có không gian hạn chế

 Mặc dù kích thước nhỏ, PLC vẫn đảm bảo hiệu suất và tốc độ xử lýcao Điều này cho phép nó xử lý các tác vụ kiểm soát và logic phức tạpmột cách nhanh chóng và đáng tin cậy

 PLC hỗ trợ nhiều tính năng và chức năng mở rộng, bao gồm đầuvào/đầu ra kỹ thuật số, đầu vào/đầu ra analog, truyền thông Ethernet vàgiao thức PROFIBUS DP/PROFINET Điều này cho phép nó kết nối

và tích hợp dễ dàng với các thiết bị và mạng công nghiệp khác

 Sản phẩm có một giao diện người dùng thân thiện với màn hình LCD

và các nút bấm trên thiết bị Ngoài ra, phần mềm lập trình TIA Portalcung cấp môi trường lập trình đồ họa và dễ sử dụng, giúp người dùngtạo và chỉnh sửa chương trình kiểm soát một cách thuận tiện

 Thiết bị được xây dựng để đáp ứng yêu cầu về độ bền trong các môitrường công nghiệp khắc nghiệt Nó có khả năng chịu được các điềukiện làm việc khắc nghiệt như rung động, nhiễu điện từ và nhiệt độ cao

 PLC có khả năng mở rộng bằng cách thêm các module I/O và cácmodule chức năng khác như module truyền thông, module nhớ, vàmodule đếm xung

PLC S7-1200

CHƯƠNG 3 – LỰA CHỌN LINH KIỆN3.1 Cảm biến quang

Là loại cảm biến quang hoạt động phát hiện vật theo nguyên tắc thu phátchung Với khoảng cách tối đa 1 mét, tích hợp núm điều chỉnh phạm vi pháthiện vật từ 100mm đến 1000mm Giúp cảm biến được áp dụng linh động hơntrong các ứng dụng Ngoài ra, cảm biến bao gồm hai ngõ ra NO và NC, kiểuNPN hoặc PNP

Cảm biến được sử dụng trong những ứng dụng phát hiện vật chính xáccũng như những vật có kích thước cỡ nhỏ Đặc biệt cảm biến có khả năngphát hiện các vật trong suốt như chai pet, túi nilon

-        Có led hiển thị ngõ ra màu đỏ

-        Số dây tín hiệu: 3 dây (2 dây cấp nguồn và 1 tín hiệu)

-        Dây màu nâu: +VCC

-        Dây màu xanh: GND

-        Dây màu đen: tín hiệu

3.2 Băng tải

Một hệ thống đang được sử dụng nhiều trong các nhà máy cơ sở sản xuấttiết kiệm sức lao động, nhân công, thời gian và tăng hiệu quả rõ rệt đó chính

là băng tải, băng chuyền Hiểu một cách đơn giản nhất thì có thể hiểu băng tải

là một cơ chế hoặc máy có thể vận chuyển một tải đơn (thùng carton, hộp, túi

…) hoặc số lượng lớn vật liệu (đất, bột, thực phẩm …) từ một điểm A đếnđiểm B

Định nghĩa chuyên nghiệp hơn thì hệ thống băng tải là thiết bị chuyển tải cótính kinh tế cao nhất trong ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệutrong sản xuất với mọi khoảng cách Vậy hệ thống băng chuyền là một trongnhững bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lắp ráp của các doanhnghiệp, nhà máy Góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoahọc và giải phóng sức lao động mang lại hiệu quả kinh tế cao

Cấu tạo của băng tải

- Một động cơ giảm tốc trục vít và bộ điều khiển kiểm soát tốc độ

- Bộ con lăn, truyền lực chủ động

- Hệ thống khung đỡ con lăn

- Hệ thống dây băng hoặc con lăn

- Phân loại băng tải

- Băng tải PVC: dễ lắp đặt

- Băng tải dạng xích: dùng dể vận chuyển các vật liệu nặng

- Băng tải con lăn: Băng tải con lăn nhựa, băng tải con lăn nhựaPVC, băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền độngbằng motor

- Băng tải dạng dạng lưới: kết hợp vận chuyển và sấy thực phẩm

- Với quy mô đồ án hiện tại, nhóm đã lựa chọn phương án thiết kếnhư sau: