đồ án bộ điều khiển khả trình và tự động hóa thiết kế hệ thống phân l oại sản phẩm theo màu sắc

BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT CƠ KHÍĐỒ ÁN BỘ ĐIỀU KHIỂN KHẢ TRÌNHVÀ TỰ ĐỘNG HÓAThiết Kế Hệ Thống Phân Loại Sản Phẩm Theo Màu SắcThực Hiện: NGÔ MINH QUANGMSV:165665 LỚP: 65MEC1HƯỚNG DẪN: PHÓ BẢO

BỘ MÔN CƠ SỞ KỸ THUẬT CƠ KHÍ

CHƯƠNG 1: Tổng quan về hệ thống phân loại sản phẩm 3

1.1 Các hệ thống phân loại sản phẩm phổ biến 3

1.2 Đề xuất phương án thiết kế 6

Chương 2: Lựa chọn thiết bị cho hệ thống 8

2.1.1 Giới thiệu về PLC 8

2.1.2 Lựa chọn PLC 10

2.1.3 sơ đồ đấu nối 11

2.2 Xi lanh 11

2.2.1 Lựa chọn xi lanh 11

2.2.2 Thông số của xi lanh 12

2.3 Cảm biến màu 12

2.3.1 Lựa chọn cảm biến màu 12

2.4 Cảm biến từ 13

2.4.1 Lựa chọn cảm biến từ 13

2.4.2 Thông số kỹ thuật 13

2.5 Cảm biến vật 14

2.5.1 Lựa chọn cảm biến vật 14

2.5.2 Thông số kỹ thuật 14

2.6 Nút ấn khởi động 15

2.6.1 Lựa chọn nút bấm 15

2.6.2 Thông số kỹ thuật 15

2.7 Van điện từ khí nén 16

2.7.1 Lựa chọn van điện từ 16

2.7.2 Thông số kỹ thuật 16

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển 17

3.1 Xây dựng cấu trúc chung của hệ thống 17

3.2 phân cổng vào ra 18

3.3 chương trình 19

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

1.1 Các hệ thống phân loại sản phẩm phổ biến

1.1.1 Phân loại sản phẩm theo màu sắc

Mô hình hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Cấu tạo:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có cấu tạo chính gồm:

- Một băng chuyền

- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền

- Cảm biến nhận biết màu sắc

- Ba xylanh piston để phân loại sản phẩm

- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu

- Các van đảo chiều

- Các rơ le trung gian

- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống

- Nút nhấn

Nguyên lý hoạt động:

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thông qua dây đai Xylanh piston sẽ đẩy sản phẩm đến cảm biến nhận biết sản phẩm có màu sắc khác nhau Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu

tác động điều khiển piston đẩy từng sản phẩm có màu sắc khác nhau vào nơi chứa riêng biệt.

Ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói, Đá Granite, trong các dây chuyền phân loại các sản phẩm nhựa hay trong chế biến Nông sản (như Cà Phê, Gạo)… Hệ thống sẽ giúp nhà sản xuất tốn ít nhân công lao động và giảm thiểu thời gian làm việc, nâng cao năng suất lao động

1.1.2 Phân loại sản phẩm theo chiều cao

Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao

Cấu tạo:

- Hai băng chuyền

- Hai động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền

- Ba cảm biến nhận biết chiều cao

- Hai xylanh piston để phân loại sản phẩm

- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu

- Hai van đảo chiều

- Các rơ le trung gian

- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống

- Nút nhấn

Nguyên lý hoạt động:

Khi nhấn nút Start, điện áp một chiều cấp cho động cơ điện một chiều thứ nhất hoạt động, truyền chuyển động cho băng chuyền thứ nhất thông qua dây đai Trên băng chuyền này sẽ thiết kế những cảm biến nhận biết sản phẩm có chiều cao khác nhau.Khi sản phẩm đi qua, cảm biến nhận biết và gửi tín hiệu về bộ PLC xử lý sau đó PLC đưa ra tín hiệu về van đảo chiều tác động điều khiển piston đẩy sản phẩm cao

và trung bình vào khay chứa tương ứng, sản phẩm thấp sẽ được đi đến hết băng chuyền và được phân loại vào hộp chứa nằm trên băng chuyền thứ hai Sau đó động cơ một chiều thứ hai truyền chuyển động cho băng chuyền thứ hai vận chuyểnhộp chứa sản phẩm thấp về vị trí tương ứng

Ứng dụng:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao được ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghiệp:

- Ứng dụng trong các dây chuyền sản xuất Gạch, Ngói

- Ứng dụng trong các ngành công nghiệp thực phẩm như bánh kẹo, hoa quả

- Ứng dụng trong công nghiệp sản xuất bia, nước giải khát

1.1.3 Phân loại sản phẩm theo hình dạng

Cấu tạo:

- Một băng chuyền

- Một động cơ điện một chiều để kéo băng chuyền

- Hai động cơ bước gạt sản phẩm để phân loại

- Cảm biến thị giác Camera (Nhận dạng vật thể qua Camera).

- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu

- Các rơ le trung gian

- Bộ phận giá đỡ cơ khí cho toàn bộ hệ thống

- Ứng dụng trong kiểm tra và phân loại Nông Sản

- Ứng dụng kết hợp với Robot thông minh

Như vậy, ngoài ba loại hệ thống phân loại sản phẩm trên, chúng ta còn thấy có hệ thống phân loại sản phẩm khác theo đặc tính của sản phẩm Ví dụ như phân loại sản phẩm theo trọng lượng, kích thước Hầu hết cấu tạo và nguyên lý hoạt động của chúng khá tương tự nhau, chỉ khác nhau ở bộ phận đẩy sản phẩm phân loại (cóthể là xylanh piston hoặc động cơ bước) và bộ phận nhận dạng sản phẩm (có thể là các loại cảm biến như màu sắc, cảm biến quang thu phát, cảm biến phát hiện kim loại, hay camera phát hiện hình dạng vật thể)

1.2 Đề xuất phương án thiết kế

Vì sản phầm cần phân loại chỉ có 2 màu cơ bản nên để có thể phân loại một cách đơn giản và phù hợp nhất sẽ dung hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Cấu tạo:

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc có cấu tạo chính gồm:

- Cảm biến nhận biết màu sắc

- Hai xylanh piston để, đẩy và phân loại sản phẩm

- Bộ PLC dùng để xử lý tín hiệu

- Các van đảo chiều

- Các rơ le trung gian

Chương 2: lựa chọn thiết bị cho hệ thống

2.1.1 Giới thiệu về PLC

PLC (viết tắt của Programmable Logic Controller) là thiết bị cho phép lập trình thực hiện các thuật toán điều khiển logic Bộ lập trình PLC nhận tác động các sự kiện bênngoài thông qua ngõ vào (input) và thực hiện hoạt động thông qua ngõ ra (output) PLC hoạt động theo phương thức quét các trạng thái trên đầu ra và đầu vào Khi có

sự thay đổi bất kỳ từ ngõ vào, dựa theo logic chương trình ngõ ra tương ứng sẽ thayđổi

Ngôn ngữ lập trình PLC phổ biến hiện nay là Ladder, Step Ladder, STL Tuy nhiên, mỗi hãng sản xuất sẽ có các ngôn ngữ lập trình riêng Các hãng sản xuất PLC phổ biến hiện nay gồm: Siemens, Mitsubishi, Rockwell, INVT, Delta

Nguyên lý hoạt động của PLC

Một hệ thống sản xuất có khả năng tự khởi động, kiểm soát, xử lý và dừng một quá trình theo yêu cầu hoặc đo đếm các giá trị đã đạt được xác định nhằm đạt kết quả tốt nhất ở sản phẩm đầu ra thì được gọi là Hệ thống điều khiển

Trong kỹ thuật tự động, các bộ điều khiển chia làm 2 loại:

Điều khiển nối cứng

Điều khiển logic khả trình

Một hệ thống điều khiển bất kỳ được tạo thành từ các thành phần sau:

Khối vào

Khối xử lý-điều khiển

Khối ra

Khối vào:

Khối có nhiệm vụ chuyển đổi các đại lượng vật lý thành các tín hiệu điện, các bộ chuyển đổi có thể là: nút nhấn, cảm biến …và tùy theo bộ chuyển đổi mà tín hiệu ra khỏi khối vào có thể ON/OFF hoặc dạng liên tục(analog)

Ưu điểm và nhược điểm của PLC

Ưu điểm:

Bộ điều khiển PLC chống nhiễu tốt, đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp, đáp ứng các giải thuật phức tạp, độ chính xác cao, gọn nhẹ, lắp đặt dễ dàng, thay thế hoàn toàn mạch điều khiển relay thông thường, dễ dàng đáp ứng mọi yêu cầu điều khiển, hỗ trợ các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, tạo sự kết nối và trao đổi

dữ liệu giữa các thiết bị trong và ngoài nhà máy đáp ứng tiêu chuẩn công nghiệp 4.0

Nhược điểm:

Giá thành cao: Chi phí sản phẩm cao hơn so với chi phí mạch relay thông thường, chi phí phần mềm lập trình tùy thuộc vào hãng sản xuất Người sử dụng cần có kiến thức căn bản về lập trình PLC

Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hóa

Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đang đặt ra thách thức không nhỏ đối với các doanh nghiệp Trong dây chuyền sản xuất của doanh nghiệp, PLC không đơn thuần

là thiết bị điều khiển đáp ứng về logic và tốc độ mà còn về truyền thông, trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển khác, tạo nên một mạng lưới khép kín

Dung lượng chương trình 64000 Steps

Ngôn ngữ lập trình Ladder Logic

Nhiệt độ hoạt động tối đa +55°C

Bộ nhớ 64000 Steps

Giao diện lập trình Computer, HMI

Nhiệt độ hoạt động tối thiểu 0 ° C

Kiểu kết nối USB, RS232C, RS485

Cáp kết nối FX-USB-AW, USB-SC09-FX

Phần mềm sử dụng GX-Works 2

Điện năng tiêu thụ 35 W

2.1.3 sơ đồ đấu nối

2.2 Xi lanh

2.2.1 Lựa chọn xi lanh

Xi lanh khí nén loại nhỏ SMC CDJ2D, Nhật Bản

2.2.2 Thông số của xi lanh

2.3 Cảm biến màu

2.3.1 Lựa chọn cảm biến màu

Module Cảm Biến Màu OMRON TCS3200

2.3.2 Thông tin kỹ thuật:

Khoảng cách phát hiện: 5mm đến 1m

Nguồn cấp: 12 đến 24 VDC ±10%, dòng điện tiêu thụ khoảng 25mA

Đầu ra tín hiệu: NPN hoặc PNP, NO hoặc NC (sự lựa chọn phụ thuộc vào mô hình

2.5 Cảm biến vật

2.5.1 Lựa chọn cảm biến vật

Cảm biến quang Omron E3Z-T81, Nhật Bản

2.7 Van điện từ khí nén 2.7.1 Lựa chọn van điện từ

Van điện từ khí nén Airtac 4V210-08

Điện áp: 24v

Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển

3.1 Xây dựng cấu trúc chung của hệ thống

van xi lanh 1: Y0

cảm biến hành trình S1: Y1cảm biến hành trình S2: Y2van xi lanh 2: Y3

cảm biến hành trình S3: Y4cảm biến hành trình S4: Y5

3.3 chương trình