báo cáo cuối kỳ hệ thống tự động phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng plc siemen s7 1200

Nghiên cứu của cá nhân như Thạc Sĩ Trun Công Chi, với mô hình "Băng tải phân loại sản phẩm theo chiều cao điều khiển bằng PLC ứng dụng trong đào tạo" tại Trường Đại Học Lâm Nghiệp, đặt r

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCMKHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

MÔN HỌC: TRANG BỊ ĐIỆN VÀ KHÍ NÉN BÁO CÁO CUỐI KỲ

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG 1

1.1 GIỚITHIỆU TỔNGQUAN 1

1.2 CÁCTHÀNHPHẦNCỦA HỆTHỐNG 1

1.3 HÌNH 3D VẼMÔ TẢ HỆ THỐNG 2

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG 3

2.1 QUYTRÌNHVẬNHÀNHHỆ THỐNG 3

2.2 THIẾT KẾ SƠ ĐỒCÁCKHỐICHỨC NĂNG 4

2.3 CHỌNTHIẾTBỊCHOCÁC KHỐI 4

2.4 SƠĐỒNỐI DÂY THIẾTBỊ 16

CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ẢO 19

3.1 GIỚITHIỆU VỀ ACTORY F I/O 19

3.2 THIẾTKẾHỆ THỐNGẢOTRÊN ACTORY F I/O 20

Hình 2 5 Sơ đồ chân PLC Sienmens S7-1200 CPU DC/DC/DC 6

Hình 2 6 Module SIEMENS 6ES7223-1BL32-0XB0 thực tế 6

Hình 2 7 Sơ đồ chân module 6ES7223-1BL32-0XB0 7

Hình 2 8 Contactor thực tế 7

Hình 2 9 Sơ đồ chân contactor 8

Hình 2 10 Relay Schneider LRD14 thực tế và sơ đồ chân 8

Hình 2 11 Nút nhấn thực tế 9

Hình 2 12 Màn hình LCD thực tế 9

Hình 2 13 Đèn báo động SHD2LR-WS-24-A 9

Hình 2 14 Băng tải truyền pallet thực tế 10

Hình 2 15 Băng tải Belt Conveyor thực tế 10

Hình 2 16 Turntable UC-T01 thực tế 10

Hình 2 17 2-Axis Servo Robot Arm RQ-600ID(S2) thực tế 11

Hình 2 18 Pittong xilanh khí nén SC63 Airtac thực tế 11

Hình 2 19 Sơ đồ chân Pittong xilanh khí nén SC63 Airtac 12

Hình 2 20 Van tiết lưu JSC8-02BLW-C thực tế 12

Hình 2 21 Sơ đồ chân van tiết lưu JSC8-02BLW-C 13

Hình 2 22 Van 5/2 SKP SV5130 thực tế 13

Hình 2 23 Sơ đồ chân van 5/2 SKP SV5130 13

Hình 2 24 Stacker Crane và Rack thực tế 14

Hình 2 25 Cảm biến quang Omron E3JK-DS30M1 thực tế 14

Hình 2 26 Sơ đồ chân cảm biến quang Omron E3JK-DS30M1 15

Hình 2 27 Công tắc hành trình TZ-8104 thực tế 16

Hình 2 28 Sơ đồ chân Công tắc hành trình TZ-8104 16

Hình 2 29 Sơ đồ đấu dây cảm biến quang 16

Hình 2 30 Sơ đồ nối dây mạch động lực 17

Hình 2 31 Sơ đồ khí nén pittong đẩy hàng hóa theo kích thước chiều cao 17

Hình 2 32 Mạch khí nén máy two axis pick and place (tay gắp) theo trục x, z 18

Hình 2 33 Sơ đồ đấu dây ngõ vào PLC 18

Hình 2 34 Sơ đồ nối dây ngõ ra PLC 18

Hình 3 1 Giao diê tn phun mềm factoryio 19

Hình 3 2 Hê t thống phân loại theo màu sắc sử dụng cảm biến màu sắc (mwu sxn)20 Hình 3 3 Belt Conveyor trong factory IO 21

Hình 3 4 Curved Belt Conveyor trong factory IO 21

Hình 3 5 Roller Conveyor trong factory IO 22

Hình 3 6 Curved Roller Conveyor trong factory IO 22

Hình 3 7 Loading Conveyor trong factory IO 23

Hình 3 8 Turntable trong factory IO 23

Hình 3 9 Two Axis Pick & Place trong factory IO 24

Hình 3 10 Pusher trong factory IO 24

Hình 3 11 Stacker Crane và Rack trong factory IO 25

Hình 3 12 Diffuse Sensor và Retroreflective Sensor trong factory IO 25

Hình 3 13 Trang tải TIA Portal Template Projects 26

Hình 3 14 TIA Portal Template Projects 26

Hình 3 15 Compile chương trình và khởi động PLCSIM 27

Hình 3 16 Factory I/O kết nối thành công với PLCSIM 28

Hình 3 17 Phân loại sản phẩm theo chiều cao 28

Hình 3 18 Cánh tay robot gắp sản phẩm vào thùng 29

Hình 3 19 Turntable thay đổi hướng thùng chứa hàng 29

Hình 3 20 Kho lưu trữ hàng tự động 30

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG1.1 Giới thiệu tổng quan

Trong lĩnh vực công nghiệp, việc thực hiện các công việc lặp đi lặp lại không chỉ tốn kém về nhân công mà còn mang lại cảm giác nhàm chán và sự mệt mỏi cho con người, làm giảm hiệu suất làm việc và gây ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng sản phẩm Những sự chia nhỏ về chi tiết kỹ thuật khó nhận ra bằng mắt thường cũng tác động đáng kể đến chất lượng và uy tín của sản phẩm Để giải quyết vấn đề này, công nghệ tự động hóa sản xuất đã xuất hiện, trong đó các quy trình làm việc được thực hiện mà ít hoặc không cun sự can thiệp của con người Các hệ thống điều khiển đa dạng được áp dụng cho máy móc, quy trình nhà máy, ứng dụng và phương tiện khác nhằm giảm bớt sự tác động của con người Điều này đã dwn đến việc tự động hóa hoàn toàn một số quy trình sản xuất Tại Việt Nam, thị trường robot và tự động hóa đang phát triển mạnh mẽ, phản ánh xu hướng chung của khu vực.

Ngày nay, huu hết các doanh nghiệp đã chuyển sang sử dụng dây chuyền sản xuất tự động hóa, giảm thiểu sự phụ thuộc vào lao động chân tay Các mô hình tự động hóa không ngừng được cải thiện và áp dụng rộng rãi Nghiên cứu của cá nhân như Thạc Sĩ Trun Công Chi, với mô hình "Băng tải phân loại sản phẩm theo chiều cao điều khiển bằng PLC ứng dụng trong đào tạo" tại Trường Đại Học Lâm Nghiệp, đặt ra thành công trong việc phân loại sản phẩm dựa trên chiều cao Trong hệ thống này, thành phun chính và bộ não của các mô hình là PLC (Program Logic Controller).

Nhóm đã chọn đề tài "Hệ thống tự động phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC SIEMEN S7 – 1200" làm đề tài nghiên cứu Mục tiêu của nhóm là tiết kiệm thời gian, nhân công, đồng thời nâng cao độ chính xác và hiệu quả lao động Trong quá trình nghiên cứu, nhóm đã đề ra những mục tiêu cụ thể như phân loại được 3 loại sản phẩm (cao, trung bình, thấp) với độ chính xác trên 80% và khả năng phân loại nhiều sản phẩm trong khoảng thời gian ngắn.

1.2 Các thành phần của hệ thống

- Bộ điều khiển: PLC S7-1200, Tủ điện.

- Hệ thống băng chuyền : Conveyor, Belt conveyor, Turntable để di chuyển các sản phẩm.

- Cảm biến : Diffuse sensor, Retroreflective Sensor dùng để phát hiện sản phẩm tới, xác định kích thước hàng hóa.

- Xi lanh dùng để đẩy sản phẩm vào các băng chuyền theo kích cỡ chiều cao - Hộp đựng hàng để chứa các sản phẩm từ Two axis Pick and Place.

- Tời nâng hàng, cun cẩu , kho : Dùng cho chức năng lưu kho, vận chuyển hàng hóa về kho để lưu trữ.

1.3 Hình vẽ 3D mô tả hệ thống

Các hình ảnh 3D cung cấp một cái nhìn toàn diện về cách hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao đang được sử dụng phổ biến trong thực tế hiện nay Sự chọn lựa của các thiết bị cơ khí phù hợp cho từng hệ thống phụ thuộc vào ngữ cảnh cụ thể và đặc tính riêng của từng sản phẩm.

Hình 1 1 Tổng quan hệ thống

Hình 1 2 Khâu phân loại sản phẩm

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐIỆN CHO HỆ THỐNG

2.1 Quy trình vận hành hệ thống

Hình 2 1 Sơ đồ khởi động hệ thống  Mô tả chi tiết quy trình vận hành hệ thống:

- Nhấn nút START hệ thống bắt đuu vận hành phân loại hàng hóa theo kích thước - Khi có hàng hóa đi qua cảm biến, 3 pusher sẽ đẩy hàng hóa vào 3 băng chuyền

theo kích thước chiều cao của hàng hóa: cao – trung bình – thấp.

- Sau khi phân loại theo chiều cao băng chuyền sẽ di chuyển hàng hóa đến các máy two axis pick and place (tay gắp) lấy hàng hóa bỏ vào thùng đã đặt sxn tại 3 băng chuyền khác.

- Ở cuối băng chuyền có bàn xoay để chuyển hướng hàng hóa về kho

- Khi cảm biến phát hiện hàng hóa được chuyển đến kho, forklift sẽ đưa hàng hóa tới ô lưu trữ.

- Nhấn STOP sẽ dừng toàn bộ hệ thống

- Nhấn EMERGENCY STOP thì hệ thống sẽ dừng đèn báo và còi báo đông sẽ hoạt động

2.2 Thiết kế sơ đồ các khối chức năng

Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC đáp ứng được các tính năng đó là điều khiển từ xa mà chỉ cun thao tác bằng một nút nhấn, vận chuyển sản phum bằng băng tải Có thể phân loại các sản phẩm cao, trung bình, thấp ra từng nhóm riêng biệt bằng tay gắp, hiển thị số lượng sản phẩm cao, trung bình, thấp đã đếm được ra màn hình LCD Dựa trên những tính năng đó, chúng ta chia hệ thống thành những khối chức năng như sau:

Hình 2 2 Các khối chức năng của hệ thống

2.3 Chọn thiết bị cho các khối

 Chức năng của các khối

- Khối nguồn: Cung cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động.

- Khối điều khiển: Thu nhận tín hiệu ngõ vào (nút nhấn, cảm biến), xử lý và đưa ra quyết định điều khiển các cơ cấu chấp hành.

- Khối cảm biến: Thu thập dữ liệu từ cảm biến để gửi về khối điều khiển - Khối cơ cấu chấp hành: gồm động cơ (băng tải), pusher, Two axis Pick and

Place,… thực hiện việc phân loại sản phẩm đúng kích thước và lưu vào kho do khối điều khiển gửi đến.

 Chọn thiết bị cho các khối:

 Khối nguồn

 Khối điều khiển - Công suất hao hụt : 12 W

- Cổng kết nối : 14 cổng vào digitals (24VDC), 2 cổng vào analogs (0~10VDC) - Cổng kết nối : 10 cổng ra digitals (24VDC)

- Bộ nhớ : vùng nhớ làm việc 100 Kb, vùng dữ liệu 4Mb - Tốc độ truyền tải : max 100Mbit/s

- Giao thức điều khiển : onboard I/O , DC/DC/DC - Giao tiếp : Profinet, RJ45, 100Mbit/s

- Biên nhiệt hoạt động : -20ºC ~60ºC

- Kích thước sản phẩm : 110 x 100 x 75 (mm) - Trọng lượng sản phẩm : 0,415 Kg

Hình 2 4 Sơ đồ chân PLC Sienmens S7-1200 CPU DC/DC/DC

 Module mở rộng I/0 SIEMENS 6ES7223-1BL32-0XB0 Digital I/O Sm 1223, 16Di/16Do thuộc dòng S7-1200 là sự lựa chọn tin cậy và hợp lý cho các ứng dụng từ nhỏ đến trung bình với khả năng mở rộng I/O, và hỗ trợ giao tiếp mạnh mẽ Cho phép điều chỉnh linh hoạt các yêu cuu ứng dụng máy tự động hóa.

Hình 2 5 Module SIEMENS 6ES7223-1BL32-0XB0 thực tế

- Thời gian đáp ứng tối đa: 0.1 ms cho mỗi tín hiệu đuu vào

Hình 2 6 Sơ đồ chân module 6ES7223-1BL32-0XB0

 Khối cơ cấu chấp hành:

 Contactor điều khiển động cơ: Sử dụng Contactor Schneider LC1D09 khởi động từ Schneider LC1D09 là dòng sản phẩm chất lượng cao, độ bền cơ học 10 – 20 triệu lun đóng cắt Khởi động từ loại D, dùng cho điều khiển động cơ có công suất lên đến 75kW, AC-3 Cuộn dây điều khiển bằng điện áp AC, DC hoặc DC tiêu thụ ít năng lượng

Thông số kỹ thuật:

- Điện áp điều khiển cuộn coil 220VAC - Dòng tải định mức của tiếp điểm:

+ 9A ứng với mạch 3 pha ≤ 440VAC, AC-3 + 25A ứng với mạch 1 pha ≤ 440VAC, AC-1 - Kích thước: 77 x 45 x 86 mm, cân nặng: 0.375 kg - Tích hợp được với relay nhiệt LRD1 đến LRD14

tế

Hình 2 8 Sơ đồ chân contactor

 Relay nhiệt bảo vệ động cơ chống quá tải: Sử dụng relay Schneider LRD 14 Class 10A (1) với đuu kết nối bắt vít, tương thích cho lắp đặt với khởi động từ Tesys D dùng cho bảo vệ động cơ và bảo vệ mất pha reset tự động hoặc bằng tay, chỉ thị TRIP

Thông số kỹ thuật: - Rơle nhiệt 3 pha lưỡng kim - Dải dòng bảo vệ: 7 ~ 10(A) - Lắp cùng contactor LC1: D09 ÷ D38 - Tiếp điểm báo trạng thái: 1NO +1NC

Hình 2 9 Relay Schneider LRD14 thực tế và sơ đồ chân

 Tủ điện: Bao gồm các nút nhấn start, stop, reset để điều khiển hệ thống với các chức năng tương ứng là chạy, dừng, và thiết lập lại bộ đếm sản phẩm.

+ Nút nhấn nhả có đèn LA 38/203-209B: là loại nút nhấn thường được ứng dụng nhiều trong các thiết kế tủ điện điều khiển công nghiệp

Thông số kỹ thuật

- Dải Điện áp: AC 50Hz/60Hz, AC380V/DC220V

- Tiêu chuẩn: IP40 • Màu sắc: Xanh, đỏ, vàng - Số tiếp điểm: 1NC (tiếp điểm thường đóng),

1NO (tiếp điểm thường mở) - Điện áp cách điện Ui: 415V - Dòng điện nhiệt tới hạn Ith: 10A - Điện áp tải tối đa: 660V - Chiều rộng băng tải: 585 mm

- Tải trọng có thể điều khiển tối đa trên mỗi động cơ: 30kg - Tốc độ tuyến tính tối đa: 2000 mm / giây

Hình 2 13 Băng tải truyền pallet thực tế  Băng tải Belt Conveyor

BTBM-N400 Thông số kỹ thuật: - Nguồn cấp: 220V 50/60 Hz - Trọng tải: 0 – 50kg - Tốc độ tối đa: 1 m/giây - Khung băng tải: Inox304 - Dây băng tải: Cao su thường

Hình 2 14 Băng tải Belt Conveyor thực tế  Turntable UC-T01

Hình 2 15 Turntable UC-T01 thực tế Thông số kỹ thuật

- Nguồn cấp: 220 – 415V 3 pha

- Công suất: 1.5 Kw - Tốc độ: 10m/phút - Tải: 1000kg

 2-Axis Servo Robot Arm RQ-600ID(S2)

Hình 2 16 2-Axis Servo Robot Arm RQ-600ID(S2) thực tế Thông số kỹ thuật:

- Nguồn cấp: 220V AC 50 – 60 Hz

- Không gian làm việc: Trục X 165 - 650mm; Trục Z 0 – 600mm - Công suất tiêu thụ: 3.2 kW

Hình 2 18 Sơ đồ chân Pittong xilanh khí nén SC63 Airtac Van tiết lưu JSC8-02BLW-C

Thông số kỹ thuật:

Hình 2 19 Van tiết lưu JSC8-02BLW-C thực tế - Lưu chất hoạt động: Khí nén sạch

- Áp suất tối đa: 0.9 Mpa (13.5 kgf/cm )2 - Áp suất mở van: 0.05 Mpa

- Nhiệt độ môi trường hoạt động: 0~60 độ

Hình 2 20 Sơ đồ chân van tiết lưu JSC8-02BLW-C

Hình 2 22 Sơ đồ chân van 5/2 SKP SV5130 Stacker Crane và Rack

Hình 2 23 Stacker Crane và Rack thực tế Thông số kỹ thuật:

- Chiều cao tối đa: 45m - Tải trọng tối đa 3 tấn

 Cảm biến quang Omron E3JK-DS30M1 (12 – 24V) với khả năng chống nhiễu tốt, đạt tiêu chuẩn IP67 có khả năng kháng bụi và nước cao phù hợp với môi trường công nghiệp phù hợp để nhận biết sản phẩm trong hệ thống

Hình 2 24 Cảm biến quang Omron E3JK-DS30M1 thực tế

- Khoảng cách chênh lệch: 20% khoảng cách phát hiện tối đa - Thời gian phản hồi: 30 ms max

Hình 2 25 Sơ đồ chân cảm biến quang Omron E3JK-DS30M1

 Công tắc hành trình TZ-8104: Nhận biết tác động của các cơ cấu chấp hành (pusher, two axis pick and place) ở cuối hành trình.

Thông số kỹ thuật: - Điện áp: 250V - Dòng điện: 5A

- Nhiệt độ hoạt động: -5 - 65 độ C - Tiếp điểm: 1NO - 1NC - Tiêu Chuẩn bảo vệ: IP65

- Tuổi thọ cơ khí: 10.000.000 ops/min - Trọng lượng: 130gam

Hình 2 26 Công tắc hành trình TZ-8104 thực tế

Hình 2 27 Sơ đồ chân Công tắc hành trình TZ-8104

2.4 Sơ đồ nối dây thiết bị

 Cảm biến quang

Hình 2 28 Sơ đồ đấu dây cảm biến quang  Mạch động lực

Hình 2 29 Sơ đồ nối dây mạch động lực  Mạch khí nén

Hình 2 30 Sơ đồ khí nén pittong đẩy hàng hóa theo kích thước chiều cao

Hình 2 31 Mạch khí nén máy two axis pick and place (tay gắp) theo trục x, z  Mạch PLC:

Hình 2 32 Sơ đồ đấu dây ngõ vào PLC

Hình 2 33 Sơ đồ nối dây ngõ ra PLC

CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ẢO3.1 Giới thiệu về Factory I/O

và chân thực để thiết kế và lập trình các hệ thống, dây chuyền công nghiệp Với giao diện 3D sắc nét và linh hoạt, Factory IO cho phép người dùng quan sát tổng thể hoặc chi tiết từng phun trong hệ thống Điều này giúp người dùng hiểu rõ hơn về cấu trúc và hoạt động của các thiết bị, máy móc và quy trình sản xuất.

Factory IO được trang bị một thư viện phong phú với nhiều mô-đun và linh kiện công nghiệp, bao gồm cả các hãng PLC phổ biến Điều này cho phép người dùng mô phỏng và lập trình các hệ thống sử dụng các công nghệ và thiết bị thực tế, từ các cảm biến và bộ điều khiển đến các bộ truyền động và thiết bị điện.

Factory IO không chỉ hỗ trợ người dùng trong việc thiết kế và lập trình, mà còn cho phép thực hiện kiểm tra và tinh chỉnh hệ thống Người dùng có thể giả lập các tình huống và sự cố trong quá trình sản xuất, từ đó tìm ra giải pháp tối ưu và nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống thực tế.

Hình 3 1 Giao diê fn phgn mềm factoryio

Phun mềm Factory I/O cung cấp đa dạng các hệ thống mô phỏng sxn (Scenes) từ đơn giản đến phức tạp như phân loại theo chiều cao, màu sắc, lưu kho tự động và nhiều hơn nữa Điều này giúp người dùng dễ dàng áp dụng và kết hợp các phun trong một hệ thống để tạo ra kết quả hiệu quả nhất

Ngoài ra, Factory I/O cho phép người dùng tự thiết kế hệ thống và dây chuyền theo ý muốn, nhờ vào việc cung cấp một loạt thiết bị phong phú và thông tin chi tiết về

kích thước, cấu hình, tốc độ, và thiết lập thông số của từng đối tượng Thông tin này thường được cập nhật thường xuyên trên trang web chính thức của hãng, giúp người dùng nắm bắt mọi thông tin cun thiết để thực hiện thiết kế theo ý muốn.

Hình 3 2 Hê f thống phân loại theo màu sắc si djng cảm biến màu sắc ( mku sln )

3.2 Thiết kế hệ thống ảo trên Factory I/O

- Kéo và thả các đối tượng cun sử dụng vào vị trí thích hợp theo yêu cuu - Để thay đổi hướng của vật phẩm, ta có thể nhấp chuột trái vào vật cun thay đổi

hướng, sau đó sử dụng các phím tắt như Y để xoay, R và Y để lật vật theo chiều ngang và dọc.

- Để thay đổi chiều cao của vật phẩm, ta có thể nhấn giữ phím V và kéo con trỏ chuột lên xuống.