MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM - PLC S7-1200 Hiện nay ngành thực phẩm Việt Nam đang phát triển rất mạnh, đặc biệt là ngành nông thủy sản xuất khẩu đang là sản phẩm chính mang lại ngoại tệ lớn cho nước nhà. Trong khi đó nguồn lao động khan hiếm đang là vấn đề chính khiến không ít các công ty, nhà máy phải đau đầu tìm các phương án thay thế. Vì công nhân đa số đều ước chừng sản phẩm bằng tay hoặc bằng mắt thường khiến cho công việc phân loại có sai số cao, không những vậy chi phí, thời gian đào tạo và kinh nghiệm sản xuất là vấn đề lớn cho doanh nghiệp.
GIỚI THIỆU
Thực trạng của phân loại nông thủy sản
Hiện nay ngành thực phẩm Việt Nam đang phát triển rất mạnh, đặc biệt là ngành nông thủy sản xuất khẩu đang là sản phẩm chính mang lại ngoại tệ lớn cho nước nhà. Trong khi đó nguồn lao động khan hiếm đang là vấn đề chính khiến không ít các công ty, nhà máy phải đau đầu tìm các phương án thay thế Vì công nhân đa số đều ước chừng sản phẩm bằng tay hoặc bằng mắt thường khiến cho công việc phân loại có sai số cao, không những vậy chi phí, thời gian đào tạo và kinh nghiệm sản xuất là vấn đề lớn cho doanh nghiệp.
Do đó dòng sản phẩm máy phân loại đã ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu giải quyết vấn đề về nhân công sản xuất, ngoài ra thiết bị phân loại còn nâng cao hiệu quả công suất.
Tổng quan về các hệ thống tự động phân loại sản phẩm nông thủy sản
Các hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng đều an toàn, dễ sử dụng, hiệu suất công việc tăng lên, an toàn vệ sinh thực phẩm và giảm thời gian làm việc của công nhân Sử dụng điện, không có khí thải, chất liệu không gây hại môi trường.
1.2.1 Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng tay gạt
Hình 1.1: Máy phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng tay gạt
Máy phân loại trọng lượng gia cầm này sử dụng băng tải có hiệu suất cho nguyên con cả gà và vịt, đặc biết là phương pháp làm sạch gia cầm với việc cung cấp thủ công Ngoài ra phân loại ức gà, cánh gà và chân gà sẽ có mô hình nhỏ hơn cho chúng.
Máy phân loại gồm 4 phần: thiết bị cung cấp thủ công, dây đai đệm, dây cân và băng tải phân loại.
Tốc độ phân loại: 100pcs/min.
Kích thước sản phẩm tối đa: 400x250x100mm (Dài x Rộng x Cao).
Kích thước hệ thống cân: 600x300mm (Dài x Rộng).
Tốc độ phân loại cao: 6000 pcs / phút có thể điều chỉnh.
Chống thấm nước và chống ẩm, thiết bị chống ngưng tụ trong hộp điện.
Hệ thống cân và kiểm soát đáng tin cậy và ổn định.
Có thể xuất dữ liệu cân xuống cổng USB trong trang tính Excel.
Màn hình hoạt động: Màn hình cảm ứng màu 8 inch.
Bộ tay gạt mạnh mẽ: Ba triệu lần.
Chức năng đếm cho từng trạm trọng lượng có sẵn.
1.2.2 Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng khay
Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo khối lượng dạng khay
Hệ thống có thể cho nhiều loại sản phẩm vào khay cân để cân, phân loại sản phẩm một cách tự động Các sản phẩm mềm hơn, loãng hơn và nhớt hơn sẽ dễ phân loại hơn Phù hợp để cân và phân loại gia cầm, hải sản và thảo mộc.
Mã sản phẩm: YGW-YP170F8.
Tốc độ phân loại: 250-300 pcs/min.
Kích thước sản phẩm tốt đa: 120x80mm (Dài x Rộng).
Khay nạp có thể được tùy chỉnh với 4 kích cỡ: nhỏ, vừa, lớn và siêu lớn
Mức độ phân loại sản phẩm từ 4-16 mức
Toàn bộ động cơ được thiết kế an toàn, không thấm nước và chống lại sự ăn mòn của nước biển Đạt mức chống nước IP65 trở lên.
Tuân thủ các tiêu chuẩn vệ sinh thực phẩm HACCP, IFS, CE và FDA.
Giao diện hoạt động dễ sử dụng: Màn hình màu cảm ứng 10 inch, có tính bảo mật người dùng, lưu trữ thông số 100 sản phẩm.
Lưu trữ và xuất dữ liệu thuận tiện, kết nối Bluetooth có thể xuất dữ liệu sang USB Kết nối thiết bị ngoại vi và quản lý nhiều máy với nhau.
Tốc độ có thể điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu.
Chức năng báo cáo, tạo báo cáo ở định dạng Excel.
Bảo hành 1 năm và dịch vụ trọn đời.
Xác định mục tiêu và giới hạn đề tài
Mục tiêu công nghệ: áp dụng công điều khiển tự động Grafcet sử dụng PLC.Mục tiêu giám sát và phân tích quá trình hoạt động dựa trên thiết kế hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm theo khối lượng.
Do kiến thức và thời gian có giới hạn nên đề tài chỉ dừng lại ở mức độ tìm hiểu,thiết kế và thi công mô hình phân loại sản phẩm theo 3 khoảng khối lượng từ 40g -105g, 105g – 185g và hơn 185g Từ kết quả nghiên cứu của đề tài này có thể bổ sung, chỉnh sửa và phát triển ra các hệ thống trên thực tế.
Khái quát hệ thống dự kiến
1.4.1 Các thông số kỹ thuật yên cầu để thiết kế
Dự kiến thiết kế mô hình hệ thông phân loại sản phẩm theo khối lượng:
Băng tải: băng tải vận chuyển sản phẩm dài 300mm và băng tải phân loại sản phẩm dài 600mm.
Cơ cấu đẩy vật: xylanh sử dụng hệ thống khí nén thông qua việc điều khiển van điện tử.
Cảm biến: sử dụng cảm biến loadcell để cân vật và cảm biến hồng ngoại đề phát hiện vật.
Hệ thống nút nhấn: nút nhấn Start, nút nhấn Stop, nút nhấn Emergency, công tắc
3 vị trí và các nút nhấn cho chế độ Manual.
1.4.2 Các yêu cầu về an toàn
CB để bảo vệ nguồn điện và các thiết bị điện.
1.4.3 Mô tả chức năng của hệ thống
Chế độ tự động: các quá trình vận chuyển, cân và phân loại sản phẩm sẽ được hệ thống làm việc một cách tự động.
Chế độ thủ công: hệ thống sử dụng các nút nhấn để điều khiển băng tải 1(băng tải vận chuyển sản phẩm), băng tải 2(băng tải phân loại sản phẩm), xylanh 1, xylanh 2 và xylanh 3.
1.4.4 Sơ đồ khối của hệ thống
VAN ĐIỆN TỬ KHÍ NÉN
PC/SCADA ĐỘNG CƠ BĂNG TẢI XYLANH ĐÈN BÁO
Hình 1.3: Sơ đồ khối của hệ thống Chức năng của từng khối:
Nguồn cấp: Cung cấp nguồn cho toàn bộ thiết bị trong hệ thống.
Cảm biến khối lượng: Tạo ra tín hiệu điện có độ lớn tỷ lệ thuận với lực được đo.
Cảm biến hồng ngoại: Phát hiện vật bằng cách phát hoặc nhận bức xạ hồng ngoại trong môi trường.
Nút nhấn: Nhiệm vụ đóng, cắt dòng điện.
PLC: Nhận các tín hiệu đầu vào số hoặc tương tự sau đó xuất ra các tín hiệu đầu ra số điều khiển các thiết bị đầu ra số hoặc tương tự.
PC/SCADA: Thiết bị lập trình.
Relay trung gian: Khối trung gian chuyển tiếp mạch điện cho thiết bị khác.
Động cơ băng tải: Điều khiển băng tải.
Van điện tử khí nén: Điều khiển chuyển động của xylanh.
Xylanh: Đẩy vật thông qua việc điều khiển van điện tử khí nén.
Đèn báo: Nhiệm vụ hiển thị, báo sự cố.
THIẾT KẾ PHẦN CỨNG
Thiết kế cơ khí cho hệ thống
Hình 2.1: Bản vẽ thiết kế mô hình phân loại
- Băng tải 1: Vận chuyển sản phẩm vào khu vực bàn cân.
- Băng tải 2: Vận chuyển sản phẩm đến các cơ cấu phân loại khi đã cân xong.
- Xylanh 1: Đẩy sản phẩm sang khu vực phân loại khi đã cân xong.
- Xylanh 2 và xylanh 3: Đẩy sản phẩm vào khu vực đã được nhận lệnh.
- Cảm biến 1, 2 và 3: Cảm biến phát hiện vật.
Thiết kế mạch điều khiển
Thiết bị lập trình được cho phép linh hoạt các thực toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình cho phép người sử dụng có thể lập trình để thực hiện một loạt trình tự các sự kiện.
Hình 2.2: PLC S7-1200, CPU 1214 DC/DC/DC
Loại sản phẩm: CPU 1214C DC/DC/DC.
Phần mềm lập trình: STEP 7 V16 hoặc cao hơn.
Ngõ vào số: 14 DI, 24VDC.
Ngõ vào tương tự: 2 AI, 0-10VDC.
Ngõ ra số: 10 DO, 24VDC.
Bộ nhớ chương trình/dữ liệu: 100KB.
Giao thức truyền thống: Ethernet.
THIẾT KẾ PHẦN MỀM
Mô tả hoạt động của hệ thống
Hệ thống chạy sản xuất ở chế độ auto:
- Kết hợp gạt công tắc sang chế độ Auto rồi nhấn nút Start: Hệ thống bắt đầu hoạt động, băng tải 1(băng tải vận chuyển sản phẩm) chạy.
- Khi cảm biến phát hiện sản phẩm ở băng tải 1 phát hiện có sản phẩm vào, băng tải 2(băng tải phân loại sản phẩm) chạy.
- Khi cảm biến phát hiện sản phẩm ở băng tải 1 phát hiện có sản phẩm thứ 2 vào, băng tải 1 (băng tải vận chuyển sản phẩm) dừng.
- Khi có sản phẩm trong khu vực cân, loadcell có nhiệm vụ xác định khối lượng sản phẩm và xy lanh vận chuyển sản phẩm đã được xác định khối lượng sang băng tải 2 để tiến hành phân loại sản phẩm.
- Sản phẩm được xác định khối lượng sẽ được vận chuyển đến băng tải 2 phân loại:
Nếu sản phẩm đạt từ 40g – 105g và cảm biến phát hiện sản phẩm loại I thì cho phép xylanh phân loại loại I đẩy sản phẩm vào ô chứa loại I.
Nếu sản phẩm đạt từ 105g – 185g và cảm biến phát hiện sản phẩm loại II thì cho phép xylanh phân loại loại II đẩy sản phẩm vào ô chứa loại II.
Nếu sản phẩm đạt từ 185g trở lên băng tải 2 sẽ vận chuyển sản phẩm tới ô chứa loại III.
Hệ thống chạy kiểm tra không theo trình tự ở chế độ manual:
Nhấn nút điều khiển băng tải 1 thì băng tải 1 chạy.
Nhấn nút điều khiển băng tải 2 thì băng tải 2 chạy.
Nhấn nút điều khiển xy lanh ở khu vực cân thì xy lanh đẩy.
Nhấn nút điều khiển xy lanh phân loại loại I thì xy lanh đẩy.
Nhấn nút điều khiển xy lanh phân loại loại II thì xy lanh đẩy.
Xác định bảng địa chỉ ra và vào của hệ thống
1 Nút nhấn khởi động START INPUT DI a.0
2 Nút nhấn dừng STOP INPUT DI a.1
3 Nút dừng khẩn cấp Emergency INPUT DI a.2
4 Công tắc vị trí MANUAL INPUT DI a.3
5 Công tắc vị trí AUTO INPUT DI a.4
6 Cảm biến phát hiện vật ở băng chuyền 1 INPUT DI a.5
7 Cảm biến phát hiện vật loại I INPUT DI a.6
8 Cảm biến phát hiện vật loại II INPUT DI a.7
9 Nút điều khiển băng tải 1 INPUT DI b.0
10 Nút điều khiển băng tải 2 INPUT DI b.1
11 Nút điều khiển xy lanh đẩy PL 1 (XL 2) INPUT DI b.2
12 Nút điều khiển xy lanh PL 2 (XL 3) INPUT DI b.3
13 Nút điều khiển xy lanh ĐẨY SP (XL 1) INPUT DI b.4
14 Bộ khuếch đại loadcell INPUT AI 1
15 CB tiệm cận từ trên XL 1 INPUT DI a.0 (SM1223)
16 CB tiệm cận từ dưới XL 1 INPUT DI a.1 (SM1223)
17 CB tiệm cận từ trên XL 2 INPUT DI a.2 (SM1223)
18 CB tiệm cận từ dưới XL 2 INPUT DI a.3 (SM1223)
19 CB tiệm cận từ trên XL 3 INPUT DI a.4 (SM1223)
20 CB tiệm cận từ dưới XL 3 INPUT DI a.5 (SM1223)
21 Đèn báo START OUTPUT DQ a.0
22 Đèn báo STOP OUTPUT DQ a.1
23 Đèn báo Emergency OUTPUT DQ a.2
24 Motor điều khiển băng chuyền 2 OUTPUT DQ a.3
25 Motor điều khiển băng chuyền 1 OUTPUT DQ a.4
26 Solenoid xy lanh đẩy sp (XL 1) OUTPUT DQ a.5
27 Solenoid xy lanh PL I (XL 2) OUTPUT DQ a.6
Thiết kế SCADA
Hình 3.2: Màn hình chính HMI
Motor 1: Điều khiển băng chuyền vân chuyển.
SS_Entry: Cảm biến phát hiện sản phẩm ở băng chuyền đầu vào.
Xy lanh 1: Đẩy sản phẩm đã được cân từ cân qua băng chuyền phân loại.
Motor 2: Điều khiển băng chuyền phân loại.
SS_I: Cảm biến phát hiện sản phẩm loại I.
Xy lanh 2: Đẩy sản phẩm loại I.
SS_II: Cảm biến phát hiện sản phẩm loại II.
Xy lanh 3: Đẩy sản phẩm loại II.
Nút M_CY 1: Nút nhấn điều khiển xy lanh 1.
Nút M_CY 2: Nút nhấn điều khiển xy lanh 2.
Nút M_CY 3: Nút nhấn điều khiển xy lanh 3.
Nút M_CO 1: Nút nhấn điều khiển băng chuyền vận chuyển.
Nút M_CO 2: Nút nhấn điều khiển băng chuyền phân loại.
Nút ON_EX/ OFF_EX: Nút xuất/ dừng xuất file excel.
Vùng cài đặt khối lượng: Cài đặt khối lượng nhỏ nhất và lớn nhất của từng loại theo mong muốn để hệ thống phân loại.
TỔNG HỢP HỆ THỐNG
Chế tạo phần cứng
Hình 4.1: Băng tải vận chuyển sản phẩm
Hình 4.2: Băng tải với cơ cấu máng trượt Thi công bàn cân
Hình 4.3: Bàn cân loadcell Đi dây điện cho mô hình
Hình 4.4: PLC và nguồn cấp
Hình 4.5: Nút nhấn và hệ thống khí nén
Thực nghiệm mô phỏng hệ thống
Hình 4.6: Mô hình phân loại sản phẩm theo khối lượng
Mô hình hệ thống phân loại hoàn chỉnh gồm 2 băng tải, bàn cân loadcell, 3 xylanh đẩy,
3 cảm biến phát hiện vật, 8 nút nhấn, công tắc vị trí và nút nhấn Emergency.
Hình 4.7: Sản phẩm trên băng tải vận chuyển
Các sản phẩm với khối lượng khác nhau sẽ được vận chuyển bằng băng tải 1, vào khu vực bàn cân để xác định giá trị phân loại.
Hình 4 8: Sản phẩm ở bàn cân
Sản phẩm sau khi vào khu vực bàn cân để xác định khối lượng của sản phẩm, cùng lúc đó băng tải 1 sẽ vận chuyển sản phẩm tiếp theo và cảm biến phát hiện vật ở băng tải 1 xác định có vật tiếp theo vào khu vực bàn cân.
Hình 4.9: Xylanh phân loại I đẩy sản phẩm
Sản phẩm sau khi được cân sẽ được đẩy sang băng tải 2 nhờ cơ cấu đẩy của xylanh ở khu vực bàn cân và tiếp tục quá trình cho các sản phẩm tiếp theo Lúc này sản phẩm được xác định loại I đi qua cảm biến phát hiện vật loại I và được xylanh phân loại I đẩy vào khu vực chứa sản phẩm loại I.
Hình 4.10: Xylanh phân loại II đẩy sản phẩm
Sản phẩm được xác định loại II sẽ đi qua cảm biến phát hiện vật loại II được xylanh phân loại II đẩy vào khu vực chứa sản phẩm loại II.
Hình 4.11: Sản phẩm phân loại III
Sản phẩm vượt quá giá trị xác định của khu vực phân loại I và II, sẽ đi qua cảm biến phát hiện vật I và II để đi tới khu vực phân loại sản phẩm loại III.
