bài tập lớn thiết kế giao diện điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Đểtìm hiểu cách dùng, từ đó áp dụng vào hệ thống thực tế của HMI,nhóm lựa chọn hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc để lậptrình giao diện điều khiển cho hệ thống này.. Bài tập lớn tr

TRƯỜNG CƠ KHÍ

KHOA CƠ ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN Học phần: Giao diện người máy (HMI) Mã HP: ME4508 Tên đề tài:

Thiết kế giao diện điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo

Đồ án môn học

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I Tổng quan

I.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

I.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống

CHƯƠNG II Chương trình và Giao diện điều khiển hệ thống

II.1 Mô tả hoạt động của hệ thống

II.2 Bảng biến I/O

II.4 Giao diện điều khiển

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Danh mục hình ảnh

Hình 1 PLC S7 1200 6

Hình 2 Màn hình HMI KTP700 7

Hình 3 Cảm biến màu CS81-N1112 8

Hình 4 Động cơ và hộp giảm tốc 9

Hình 5 Xy lanh khí nén 10

Hình 6 Van điện từ khí nén 10

Hình 7 Băng tải vận chuyển phôi 11

Hình 8 Băng tải đang tắt 19

Hình 9 Băng tải đang hoạt động 19

MỞ ĐẦU

HMI ngày càng trở nên phổ biến trong các công xưởng nhờ tính tiệnlợi, thân thiện với người dùng khi vận hành hệ thống máy móc Đểtìm hiểu cách dùng, từ đó áp dụng vào hệ thống thực tế của HMI,nhóm lựa chọn hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc để lậptrình giao diện điều khiển cho hệ thống này Bài tập lớn trình bàycác thành phần vật lý cấu tạo nên hệ thống này, cấu trúc chươngtrình PLC điều khiển hệ thống và giao diện màn hình điều khiển.Trong quá trình thực hiện đề tài đã giúp nhóm em hiểu rõ hơn vềứng dụng của màn hình HMI, biết cách lập trình giao diện và lậptrình PLC trên phần mềm TIA Portal

CHƯƠNG I Tổng quan I.1 Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc là một phần quan trọngtrong lĩnh vực tự động hóa và quản lý sản xuất Được thiết kế đểphân loại sản phẩm dựa trên đặc tính màu sắc của chúng, hệ thốngnày đem lại hiệu suất cao và độ chính xác trong quá trình sản xuất

và đóng gói Dưới đây là tổng quan về cấu trúc và hoạt động của hệthống phân loại sản phẩm theo màu sắc:

2 Nguyên Tắc Hoạt Động:

- Khi sản phẩm di chuyển qua hệ thống, cảm biến màu sắc sẽ đolường và gửi dữ liệu về màu sắc tương ứng đến PLC

- PLC sẽ so sánh dữ liệu này với các ngưỡng đã được xác định trước

đó để quyết định lớp phân loại của sản phẩm (ví dụ: nhỏ, trung bình,lớn)

- Dựa trên kết quả, hệ thống sẽ thực hiện các hành động tiếp theonhư định tuyến sản phẩm đến đúng vị trí hoặc thực hiện quy trìnhsản xuất tiếp theo

4 Định Hướng Phát Triển Mở Rộng:

- Kết Hợp Công Nghệ Mới: Nghiên cứu và tích hợp các công nghệmới như trí tuệ nhân tạo để cải thiện độ chính xác và tốc độ phảnứng của hệ thống.

- Tích Hợp Hệ Thống Theo Dõi: Kết hợp hệ thống theo dõi sảnphẩm để thu thập dữ liệu và phản hồi, tối ưu hóa quy trình phân loại

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc không chỉ là một phầnquan trọng trong quy trình sản xuất mà còn là một ví dụ tiêu biểu về

sự kết hợp giữa công nghệ cảm biến, PLC và quản lý tự động Sự linhhoạt và ứng dụng rộng rãi của nó làm cho hệ thống này trở thànhmột yếu tố quan trọng trong việc đạt được hiệu suất và chất lượngsản xuất cao trong môi trường công nghiệp hiện đại

I.2 Các thành phần cơ bản của hệ thống

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc bao gồm nhiều thànhphần cơ bản để thực hiện quy trình phân loại một cách hiệu quả.Dưới đây là mô tả về các thành phần chính của hệ thống này:

1 PLC (Programmable Logic Controller):

- Là trí óc chính của hệ thống, chịu trách nhiệm về quyết định vàđiều khiển

- Sử dụng chương trình logic để xử lý dữ liệu từ cảm biến và đưa raquyết định về việc phân loại sản phẩm dựa trên thông tin màu sắc.Trong phạm vi hệ thống, có thể sử dụng dòng PLC S7 1200 của hãngSIEMEN

Hình 1 PLC S7 1200

Simatic S7-1200 là bộ điều khiển lập trình PLC cơ bản với thiết kếdạng module nhỏ gọn, linh hoạt PLC S7-1200 hỗ trợ đầy đủ cácchức năng điều khiển và truyền thông, thích hợp với nhiều ứng dụng

tự động hóa khác nhau, phù hợp cho các ứng dụng quy mô nhỏ tớitrung bình Bên cạnh đó, PLC hỗ trợ lập trình và mô phỏng với phầnmềm TIA Portal, giúp người dùng dễ dàng tiếp cận

2 HMI (Human-Machine Interface):

- Giao diện giữa người vận hành và hệ thống, thường là một mànhình cảm ứng

- Hiển thị thông tin về trạng thái hoạt động, dữ liệu sản xuất, vàcung cấp các tùy chọn điều khiển cho người vận hành

Hệ thống sử dụng màn hình HMI KTP700

Cấu hình phần mềm HMI KTP400 Basic: STEP 7 Basic (TIA Portal),STEP 7 Professional (TIA Port), WinCC Basic (TIA Port), WinCCComfort (TIA Comfort), WinCC Advanced (TIA Port), WinCCProfessional (TIA Port).

KTP400 tương thích với các dòng: 1200, 1500, 200, 300/400, LOGO!, WinAC, SINUMERIK, SIMOTION, Allen Bradley(EtherNet/IP), Mitsubishi (MC TCP/IP), Modicon (Modbus TCP/IP)

S7-3 Cảm Biến Màu sắc:

- Là thành phần quan trọng để đo lường màu sắc của sản phẩm.

- Sử dụng công nghệ cảm biến, chẳng hạn như cảm biến laserhoặc cảm biến siêu âm, để thu thập dữ liệu về đặc tính màu sắc củasản phẩm khi nó di chuyển qua hệ thống

Hệ thống sử dụng 3 cảm biến hồng ngoại được lặp đặt ở độ cao khácnhau để xác định 3 loại phôi thấp, trung bình và cao

Đầu ra: NPN-High/Low

Cáp kết nối: Đầu kết nối đực M12, 5 chân

Cảm biến màu CS81-N1112 có thể được sử dụng với bộ điều khiểnlập trình PLC bộ điều khiển điện tử không cổng MCU Máy phát sẽđiều chỉnh mục tiêu được phát hiện với sự phát xạ liên tục của chùmhồng ngoại và máy thu chuyển đổi chùm tia (năng lượng ánh sáng)được phát hiện thành dòng điện để truyền tới mạch tích hợp tiếptheo, được xử lý bởi mạch tích hợp và sau đó được khuếch đại bởi bộkhuếch đại và đầu ra.

4 Động Cơ

Động cơ là một thiết bị chuyển động, thường sử dụng năng lượng đểtạo ra chuyển động cơ học hoặc điện Động cơ được ứng dụng rộngrãi trong nhiều lĩnh vực, từ công nghiệp đến gia đình, và chúngthường là trái tim của các hệ thống cơ khí và điện tử Động cơ được

sử dụng để dẫn động cho băng tải hoạt động Ta sử dụng Động cơ7SDGE-15G và hộp giảm tốc của hãng DKM Tốc độ có thể thay đổi90-1400 vòng/phút, hoạt động ở điện áp 1 pha 220V tần số 50 Hz

Hình 4 Động cơ và hộp giảm tốc

5 Hệ thống khí nén

Hệ thống khí nén làm nhiệm vụ quan trọng trong quá trình phân loạisản phẩm bằng cách đẩy chúng ra khỏi băng tải Sự tích hợp nàycung cấp sức mạnh và linh hoạt, giúp sản phẩm di chuyển mượt mà

và nhanh chóng Điều khiển bằng xi lanh và van khí nén, hệ thốngnày đồng thời đảm bảo độ chính xác và linh hoạt, giảm thời gian trễ

và tăng hiệu suất Sự linh hoạt còn giúp thích ứng với các biến đổitrong sản phẩm hoặc yêu cầu sản xuất mới, làm cho hệ thống trởnên dễ điều chỉnh và mở rộng.

đóng) và dạng thường mở -~NO(ở trạng thái không cấp điện van mở)

sử dụng điện áp từ~12V, 24VDC, 110VAC, 220VAC

Van điện từ khí từ khí nén có các kích thước khá nhỏ gọn được phânthành nhiều loại van khí nén khác nhau như~5/2, 5/3, 4/3, 3/2,2/2~phù hợp với nhiều loại hệ thống và thường được dùng để lắp đặtvào các đầu bộ điều khiển khí nén Van được làm chủ yếu bằng chấtliệu nhựa, gang, inox, thép,…

6 Hệ thống băng tải

Băng tải là một thiết bị cơ khí được thiết kế để chuyển động và vậnchuyển các đối tượng từ một vị trí đến một vị trí khác một cách tựđộng Cấu trúc cơ bản của băng tải thường bao gồm một băngchuyền, cuộn trục, motor, và một hệ thống khung kết chắc chắn để

tự động hoặc máy tính để tối ưu hóa quy trình và đạt được hiệu suấtcao

Hình 7 Băng tải vận chuyển phôi

Tất cả các thành phần này hoạt động cùng nhau để tạo ra một hệthống tự động hiệu quả, có khả năng phân loại sản phẩm dựa trênmàu sắc một cách chính xác và nhanh chóng Sự tích hợp linh hoạtgiữa các thành phần này là quyết định quan trọng để đảm bảo hoạtđộng ổn định và hiệu quả của hệ thống phân loại sản phẩm.

CHƯƠNG II Chương trình và Giao diện điều khiển

hệ thốngII.1 Mô tả hoạt động của hệ thống

Hệ thống có thể hoạt động ở hai chế độ: điều khiển bằng tay hoặc tựđộng

1 Chế độ điều khiển bằng tay

Dùng để kiểm tra các thiết bị có hoạt động tốt hay không trước khihoạt động ở chế độ tự động Trong chế độ này, người dùng sử dụngcác cần gạt để bật/tắt các thiết bị: động cơ, xy lanh cao, xy lanhtrung bình Ngoài ra còn có thể điều chỉnh tốc độ của động cơ

2 Chế độ tự động

Khi cần gạt chuyển sang AUTO, băng tải sẽ bắt đầu chuyển động,đưa phôi lần lượt qua vị trí của các cảm biến cao, thấp và trung bình.Nếu cảm biến nhận tín hiệu, bộ đếm sản phẩm tương ứng sẽ cộngthêm một, đồng thời xy lanh tương ứng sẽ đẩy sản phẩm ra khỏibăng tải

II.2 Bảng biến I/O

1 Bảng biến đầu vào

Tên biến Kiểu Địa chỉ Chức năng

I_Mode Bool %I0.0 Chế độ

I_Sensor_Red Bool %I0.1 Cảm biến đỏ

I_Sensor_Green Bool %I0.2 Cảm biến Xanh

I_Sensor_Yellow Bool %I0.3 Cảm biến Vàng

I_Sensor_Tracking Bool %I0.4 Cảm biến theo dõi sản

phẩmI_Sensor_Product_In Bool %I0.5 Cảm biến theo dõi sản

phẩm vàoI_Switch_1 Bool %I0.6 Nút 1

I_Switch_2 Bool %I0.7 Nút 2

I_Switch_Piston_Red Bool %I1.0 Nút bấm piston đỏI_Switch_Piston_Green Bool %I1.1 Nút bấm piston xanhI_Switch_Piston_Produ

ct_In Bool %I1.2 Nút bấm piston cho sảnphẩm vào

2 Bảng biến đầu ra

Tên biến Địa chỉ

Q_Lamp_Auto Bool %Q0.0 Đèn chế độ Auto

Q_Lamp_Manual Bool %Q0.1 Đèn chế độ ManualQ_Conveyor_1 Bool %Q0.2 Băng tải 1

Q_Conveyor_2 Bool %Q0.3 Băng tải 2

Q_Piston_Red Bool %Q0.4 Piston đỏ

Q_Piston_Green Bool %Q0.5 Piston Xanh

Q_Piston_Product

_In Bool %Q0.6 Piston kiểm tra sảnphẩm vào

3 Bảng biến trung gian

Tên biến Kiểu Địa chỉ Chức năng

M_Mode Bool %M10.0 Chế độ

M_Sensor_Red Bool %M10.1 Cảm biến đỏ

M_Sensor_Green Bool %M10.2 Cảm biến xanh

M_Sensor_Yellow Bool %M10.3 Cảm biến vàng

M_Piston_Red Bool %M11.0 Piston đỏ

M_Piston_Green Bool %M11.1 Piston xanh

M_Piston_Product

_In Bool %M11.2 Piston sản phẩm vào

M_Simulation Bool %M11.3 Giả lập

M_Reset Bool %M11.4 Reset

S_Auto Bool %M11.5 Chế độ Auto

II.3 Chương trình điều khiển (PLC)

Chương trình điều khiển PLC gồm các thành phần sau:

Trong đó HOME là chương trình chính, ngoài ra còn có các chươngtrình con FC_AUTO, FC_MANUAL, FC_OUTPUT, FC_SIMULATION.Vai trò của các chương trình con như sau:

- FC_AUTO: chứa chương trình hoạt động của chế độ AUTO

- FC_MANUAL: chứa chương trình hoạt động của chế độ MANUAL

- FC_OUTPUT: chương trình điều khiển các đối tượng vật lý của

hệ thống bao gồm băng tải và hai xy lanh

- FC_SIMULATION: chế độ mô phỏng khi phôi CAO, THẤP hoặcTRUNG BÌNH được cấp lên băng tải

Các network trong chương trình HOME bao gồm:

- Network 1: Chọn chế độ vận hành AUTO/MANUAL

- Network 2: Gọi chương trình AUTO

- Network 3: Gọi chương trình MANUAL

- Network 4: Gọi chương trình đưa ra đầu ra Q gồm: băng tải và

2 xy lanh

- Network 5: Gọi chương trình mô phỏng

II.4 Giao diện điều khiển

Chương trình có 2 screen, bao gồm:

- Home_Screen: màn hình điều khiển toàn bộ hệ thống.

- LOGOUT: đăng xuất khỏi hệ thống sau phiên làm việc

- Change Acc: sau khi đăng nhập thành công (tên đăng nhậphiển thị trên Textbox), người dùng chọn nút Change Acc đểchuyển sang tài khoản khác điều khiển hệ thống

2 Điều khiển

Màn hình điều khiển gồm các phần chính: Chọn chế độ Auto/Manual.

- Simulate: cung cấp giao diện trực quan về hệ thống, mô phỏngcác thành phần vật lý của hệ thống bao gồm cảm biến, xylanh, băng tải, phôi

- Màn hình chính: chứa các nút để điều khiển hệ thống

a Các đối tượng trong khung MO PHONG

- Các cảm biến phát hiện màu sắc

- Xy lanh thể hiện trạng thái đóng/mở của xylanh trong quá trìnhhoạt động

Xy lanh đẩy sản phẩm

Xy lanh thu lại.

- Băng tải dẫn phôi lần lượt đi qua vị trí các cảm biến và xy lanh

Hình 8 Băng tải 1

Hình 9 Băng tải 2

- Các Textbox dùng để đếm sản phẩm cao, trung bình và thấp Khicảm biến phát hiện sản phẩm, Textbox tương ứng sẽ tăng thêm 1

- Nút mô phỏng dùng để mô phỏng các phôi được đặt trên băng tải,

từ đó quan sát được sự hoạt động của băng tải trong chế độ AUTO.Sau khi bật, có thể lựa chọn 3 loại phôi RED, GREEN, YELLOW

b Các thành phần của BANG DIEU KHIEN

- Switch chọn chế độ dùng để chọn chế độ hoạt động của hệ thống,

có thể chọn MANUAL hoặc AUTO

KẾT LUẬN

Trong phạm vi bài tập lớn môn học, nhóm đã xây dựng giao diệnđiều khiển hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc tích hợpchương trình PLC Giao diện hoạt động tương đối ổn định, đảm bảoyêu cầu đặt ra là có thể điều khiển các thành phần của hệ thống và

có phần đăng nhập để quản lý người sử dụng

Tuy nhiên, do thiếu sót về phần cứng, chưa thể tải giao diện lên để điều khiển trực tiếp trên màn hình TP700 mà chỉ có thể hoạt động trên trình mô phỏng, nên chưa thể cam kết giao diện này là phù hợp với loại màn hình này và thân thiện với người dùng Do đó, cần tùy chỉnh lại giao diện cho đẹp mắt hơn (có thể sử dụng các thư viện Elements tốt hơn), nút bấm phù hợp với ngón tay người sử dụng, tránh bị nhấn lệch trong quá trình vận hành

TÀI LIỆU THAM KHẢO