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 TỬSVTH: Nguyễn Tiến Phong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC ĐÀ NẴNG Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt NamKHOA CNKT ĐIỆN, ĐIỆN TỬĐộc 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 cứngNội 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 sản xuất không chỉ giúp giảm bớt khối lượng lao động mà còn nâng cao hiệu suất sản xuất và chất lượng sản phẩm Trong bối cảnh này, ngành tự động hóa đóng vai trò quan trọng, không chỉ làm giảm áp lực lao động đối với con người mà còn đóng góp đáng kể vào việc cải thiện năng suất và chất lượng trong quá trình sản xuất.

Một trong những công nghệ quan trọng đặt nền móng cho sự hiện đại hóa và tự động hóa trong sản xuất là kỹ thuật điều khiển logic lập trình, hay còn 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 các giáo viên, đặc biệt là thầy giáo TS "Nguyễn Hồng Phúc", đã tạo điều kiện thuận 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 sản phẩm ứng dụng PLC" Đề tài này không chỉ mang tính ứng dụng cao mà còn giúp sinh viên hiểu rõ hơn về ứng dụng của PLC trong quá trình sản xuất và quản 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

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 TÀI 1.1 Tổng quan về băng chuyền

Băng chuyền (hay còn gọi là băng tải) là một hệ thống vận chuyển tự động được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp để di chuyển vật liệu từ một 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, đá vụn đến các vật liệu nặng như thép, than đá, quặng sắt

Băng chuyền bao gồm các thành phần cơ bản như băng, hệ thống truyền động, hệ thống treo và hệ thống chuyển hướng Băng chuyền có thể được điều khiển 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 như khai thác mỏ, sản xuất, vận tải và kho bãi Ứng dụng của băng chuyền cũng rất 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 mô hình đếm và phân loại sản phẩm theo chiều cao, màu sắc" là nắm rõ nguyên lí hoạt động của cảm biến chiều cao, cảm biến màu sắc TCS 3200, làm quen với ngôn ngữ lập trình Tia portal 17 thực hiện các tác vụ cơ bản và hệ điều hành adruno để nhận biết và phân loại sản phẩm

1.2 Phương pháp phân loại sản phẩm1.2.1 Quá trình hình thành và phát triển

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

Phân loại sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong 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 sự chính xác trong công việc Chưa kể đến có những khâu phân loại dựa trên các chi tiết kỹ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng 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 triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.

Đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, chính vì thế các mặt hàng được sản xuất ra không những phải đạt tiêu chuẩn về chất lượng, mà còn 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 chú trọng đầu tư dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại để phối hợp với nhu cầu sản xuất, và để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất.

1.2.2 Các phương pháp phân loại sản phẩmA Khái niệm

Hệ thống phân loại sản phẩm là hệ thống được điều khiển tự động hoặc bán 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 trợ dây 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 sản phẩm.

Phân loại:

Hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay có rất nhiều trong ứng dụng thực tế trong 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 áp dụng 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 chuyền chế biến nông sản, vật liệu xây dựng nhằm phân loại chính xác màu sắc của sản 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 đó phân ra từng cỡ trọng lượng theo yêu cầu.

Ứng dụng phân loại sản phẩm theo khối lượng cho một số ngành thực phẩm, 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 phân loại các kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm thành phẩm đã được đóng thùng carton, đóng túi và dán mã vạch Barcode, mã QR.Với những thông tin được lưu trữ trên mã vạch dán trên sản phẩm, hệ thống dễ dàng sàng lọc và lựa chọn, đưa sản phẩm về vị trí tập kết theo yêu cầu đăt ra: Đối với những sản phẩm điện tử, công nghệ: phân theo cùng lô sản xuất, ngày sản xuất, model

CHƯƠNG 2 - TÌM HIỂU VỀ CÁC THIẾT BỊ VÀ PHẦNMỀM LIÊN QUAN VỀ HỆ THỐNG

2.1 Phần mềm TIA Protal

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

TIA Portal - Tích hợp tự động toàn diện là phần mềm cơ sở cho tất cả các 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 đa

 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 liệu chung 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 gian ngắn.

 Tất cả các yếu tố: Bộ lập trình PLC, màn hình HMI được lập trình và cấu hình trên TIA Portal, cho phép các chuyên viên tiết kiệm thời gian thao 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 mà không cần bất ký thao tác lập trình nào.

2.2 Khái quát chung về PLC2.2.1  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/ra khác nhau, bao gồm cả các thiết bị nặng và chịu va đập phù hợp với các ứng 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 chi phí thấp và độ hiệu quả cao.

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

 PLC này cũng tích hợp các tính năng bảo mật mạnh mẽ để đảm bảo an toàn và bảo vệ các thông tin quan trọng trong quá trình hoạt động Nó cũng có thể được kết nối với các thiết bị khác như bộ lập trình, máy tính để thiết 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 các tác 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 trực tiếp, 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 để điều 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 trực tiếp, 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, PLC khác 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 dữ liệu 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 tùy vào 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 để tương 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 truyền thông quan trọng của PLC này:

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

 Cổng PROFIBUS: PROFIBUS là một giao thức truyền thông công nghiệp phổ biến cho việc kết nối các thiết bị trong hệ thống tự động hóa Thiết bị này có thể được cấu hình để kết nối với mạng PROFIBUS bằng 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, hoặc cài đặt từ máy tính qua cổng USB.

 Truyền thông không dây: Có thể sử dụng các mô-đun mở rộng để thêm khả 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 bản trước đó hoặc các dòng PLC Siemens khác Dưới đây là một số ưu điểm chính của sản phẩm:

 Thiết bị được thiết kế nhỏ gọn, giúp tiết kiệm không gian và dễ dàng lắp 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 lý cao Điều này cho phép nó xử lý các tác vụ kiểm soát và logic phức tạp một cách nhanh chóng và đáng tin cậy.

 PLC hỗ trợ nhiều tính năng và chức năng mở rộng, bao gồm đầu vào/đầu ra kỹ thuật số, đầu vào/đầu ra analog, truyền thông Ethernet và giao 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 Portal cung cấp môi trường lập trình đồ họa và dễ sử dụng, giúp người dùng tạo 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 môi trường công nghiệp khắc nghiệt Nó có khả năng chịu được các điều kiện 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 các module chức năng khác như module truyền thông, module nhớ, và module đếm xung.

PLC S7-1200

CHƯƠNG 3 – LỰA CHỌN LINH KIỆN 3.1 Cảm biến quang

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

Cảm biến được sử dụng trong những ứng dụng phát hiện vật chính xác cũng như những vật có kích thước cỡ nhỏ Đặc biệt cảm biến có khả năng phát 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 xuất tiết 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 đến điểm B.

Định nghĩa chuyên nghiệp hơn thì hệ thống băng tải là thiết bị chuyển tải có tính kinh tế cao nhất trong ứng dụng vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu trong sản xuất với mọi khoảng cách Vậy hệ thống băng chuyền là một trong những bộ phận quan trọng trong dây chuyền sản xuất, lắp ráp của các doanh nghiệp, nhà máy Góp phần tạo nên một môi trường sản xuất năng động, khoa học 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 nhựa PVC, băng tải con lăn thép mạ kẽm, băng tải con lăn truyền động bằng 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 kế

như sau: