Một số lí do chọn đề tài này có thể kểđến như sau:Phân loại sản phẩm theo màu sắc giúp nâng cao chất lượng và độ tin cậycủa sản phẩm, tránh nhầm lẫn hoặc lỗi trong quá trình sản xuất, lư
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG BĂNG TẢI PHÂN LOẠI SẢN PHẨM
Giới Thiệu mô hình
Hình 1 Hệ thống băng tải phân loại sản phẩm
Hình 2 Mô hinh phân loại sản phẩm thực tế
Mô hình hệ thống băng tải phân loại sản phẩm bằng màu sắc là một hệ thống tự động được thiết kế để phân loại các sản phẩm dựa trên màu sắc của chúng Hệ thống này sử dụng các cảm biến màu sắc, bộ điều khiển lập trình(PLC), và các thiết bị cơ khí để tự động hóa quá trình phân loại sản phẩm.
Mặt bằng công nghệ
1.2.1 Các thiết bị trong mô hình và chức năng
Băng tải: o Chức năng: Di chuyển sản phẩm qua các vị trí khác nhau trong hệ thống để thực hiện việc quét và phân loại.
Cảm biến màu sắc (Color Sensors): o Chức năng: Xác định màu sắc của từng sản phẩm khi chúng di chuyển qua các điểm kiểm tra.
Bộ điều khiển lập trình (PLC): o Chức năng: Điều khiển toàn bộ quá trình phân loại, nhận tín hiệu từ các cảm biến màu sắc và điều khiển các cơ cấu chuyển hướng.
Cơ cấu chuyển hướng (Sorters): o Chức năng: Thay đổi hướng di chuyển của sản phẩm dựa trên thông tin màu sắc từ cảm biến, giúp phân loại sản phẩm vào các khu vực khác nhau.
Băng tải nhánh (Branch Conveyors): o Chức năng: Chuyển sản phẩm đã được phân loại đến các khu vực tiếp theo như khu vực đóng gói hoặc lưu trữ.
Bộ nguồn (Power Supply): o Chức năng: Cung cấp điện cho toàn bộ hệ thống băng tải và các thiết bị liên quan.
Màn hình giám sát HMI: o Chức năng: Giám sát và điều khiển hệ thống thông qua giao diện người-máy (HMI), lưu trữ dữ liệu và cung cấp báo cáo.
1.2.2 PLC và I/O của mô hình PLC loại sử dụng: Mitsubishi FX1N40MT
X0: Cảm biến tiệm cận xanh
X1: Cảm biến tiệm cận vàng
X2: Cảm biến tiệm cận đỏ
X3: Cảm biến tiệm cận cấp liệu
X7: Nút khởi động (Start Button)
Y0: Điều khiển relay động cơ
Y1: Điều khiển xilanh cấp liệu
Y2: Điều khiển xilanh đẩy liệu đỏ và đếm phôi đỏ
Y3: Điều khiển xilanh đẩy liệu vàng và đếm phôi vàng
Y4: Đèn báo hiệu hoạt động 24V
X0: Cảm biến tiệm cận xanh o Chức năng: Phát hiện sự hiện diện của sản phẩm màu xanh trên băng tải.
X1: Cảm biến tiệm cận vàng o Chức năng: Phát hiện sự hiện diện của sản phẩm màu vàng trên băng tải.
X2: Cảm biến tiệm cận đỏ o Chức năng: Phát hiện sự hiện diện của sản phẩm màu đỏ trên băng tải.
X3: Cảm biến tiệm cận cấp liệu o Chức năng: Phát hiện sự hiện diện của sản phẩm tại vị trí cấp liệu.
X4: Nhận diện màu đỏ o Chức năng: Nhận tín hiệu xác nhận sản phẩm có màu đỏ.
X5: Nhận diện màu vàng o Chức năng: Nhận tín hiệu xác nhận sản phẩm có màu vàng.
X6: Nhận diện màu xanh o Chức năng: Nhận tín hiệu xác nhận sản phẩm có màu xanh.
X7: Nút khởi động (Start Button) o Chức năng: Khởi động hệ thống.
X8: Nút dừng (Stop Button) o Chức năng: Dừng hệ thống.
Y0: Điều khiển relay động cơ o Chức năng: Bật/tắt động cơ băng tải chính.
Y1: Điều khiển xilanh cấp liệu o Chức năng: Điều khiển xilanh để cấp sản phẩm vào băng tải.
Y2: Điều khiển xilanh đẩy liệu đỏ và đếm phôi đỏ o Chức năng: Kích hoạt xilanh để đẩy sản phẩm màu đỏ vào khu vực tương ứng và đếm số lượng sản phẩm màu đỏ.
Y3: Điều khiển xilanh đẩy liệu vàng và đếm phôi vàng o Chức năng: Kích hoạt xilanh để đẩy sản phẩm màu vàng vào khu vực tương ứng và đếm số lượng sản phẩm màu vàng.
Y4: Đèn báo hiệu hoạt động 24V o Chức năng: Bật đèn báo hiệu khi hệ thống đang hoạt động.
Y5: Còi cảnh báo 24V o Chức năng: Kích hoạt còi cảnh báo khi có sự cố hoặc khi cần thông báo sự kiện đặc biệt.
Mô hình này giúp tự động hóa quá trình phân loại sản phẩm theo màu sắc,tăng hiệu quả và giảm sai sót trong quá trình sản xuất và vận chuyển.
Quy trình vận hành
Quy trình vận hành hệ thống phân loại sản phẩm Bước 1: Chuẩn bị
1 Cấp nguồn cho hệ thống: o Đảm bảo hệ thống được kết nối với nguồn điện chính. o Kiểm tra tất cả các kết nối giữa các mạch điện trong hệ thống. o Đảm bảo tất cả các thiết bị điện đã được cấp nguồn và hoạt động bình thường.
Bước 2: Khởi động hệ thống1 Nhấn công tắc màu xanh (Start Button): o Nhấn công tắc màu xanh để khởi động hệ thống. o Đèn báo hiệu hoạt động (Y4) sẽ sáng, cho biết hệ thống đang hoạt động.
2 Dừng hệ thống: o Nhấn công tắc màu đỏ (Stop Button) để dừng hệ thống khi cần thiết. o Khi hệ thống dừng, đèn báo hiệu sẽ tắt và còi cảnh báo (nếu cần) sẽ kích hoạt.
3 Điều khiển qua HMI: o Người dùng có thể sử dụng giao diện HMI để giám sát và điều khiển hệ thống. o Các chức năng trên HMI có thể bao gồm khởi động, dừng, giám sát trạng thái cảm biến và các hành động điều khiển khác.
Bước 3: Vận hành hệ thống phân loại
1 Phát hiện phôi trong ống cấp liệu: o Khi cảm biến tiệm cận cấp liệu (X3) phát hiện phôi trong ống, nó sẽ gửi tín hiệu đến PLC.
2 Điều khiển xi lanh cấp liệu: o PLC nhận tín hiệu từ cảm biến cấp liệu (X3) và kích hoạt đầu ra Y1 để điều khiển mở van khí, kích hoạt xi lanh đẩy phôi vào băng tải.
3 Nhận diện và phân loại sản phẩm: o Nhận diện màu sắc:
Khi phôi di chuyển trên băng tải, các cảm biến nhận diện màu sắc (X4, X5, X6) sẽ xác định màu của phôi và gửi tín hiệu tương ứng đến PLC. o Phân loại phôi:
Nếu phôi là màu đỏ, PLC sẽ kích hoạt Y2 để điều khiển xi lanh đẩy phôi đỏ và đếm số lượng phôi đỏ.
Nếu phôi là màu vàng, PLC sẽ kích hoạt Y3 để điều khiển xi lanh đẩy phôi vàng và đếm số lượng phôi vàng.
Nếu phôi là màu xanh, hệ thống sẽ không kích hoạt xi lanh đẩy nào và phôi xanh sẽ tiếp tục di chuyển trên băng tải.
Bước 4: Giám sát và báo cáo
1 Giám sát hoạt động: o Sử dụng HMI để giám sát trạng thái hoạt động của hệ thống, bao gồm tình trạng các cảm biến, xi lanh, và số lượng phôi đã được phân loại.
2 Báo cáo lỗi và sự cố: o Khi hệ thống gặp sự cố hoặc phát hiện lỗi, còi cảnh báo (Y5) sẽ kích hoạt để thông báo cho người vận hành. o Người vận hành có thể kiểm tra và xử lý sự cố thông qua giao diện HMI hoặc kiểm tra trực tiếp các thiết bị trong hệ thống.
1 Tắt hệ thống: o Sau khi hoàn thành công việc hoặc khi không cần sử dụng hệ thống nữa, nhấn công tắc màu đỏ (Stop Button) để tắt hệ thống. o Đảm bảo rằng tất cả các phôi đã được xử lý và hệ thống không còn phôi nào trên băng tải.
2 Kiểm tra và bảo dưỡng: o Thực hiện kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và bền bỉ.
Quy trình trên giúp đảm bảo hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động hiệu quả,chính xác và an toàn.
Nội dung liên quan
1.4.1 Tổng quan về PLC PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller, là một thiết bị điều khiển lập trình được Nó là một thiết bị điện tử có thể được lập trình để thực hiện các chức năng logic, chẳng hạn như điều khiển các thiết bị đầu vào/đầu ra (I/O) PLC được sử dụng trong nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, bao gồm sản xuất, kho vận, và xây dựng.
1.4.1.1 Nguyên lý hoạt động của PLC
PLC hoạt động theo chu kỳ lặp khép kín Trong mỗi chu kỳ, PLC sẽ thực hiện các bước sau:
- Quét đầu vào: PLC sẽ đọc trạng thái của các đầu vào.
- Xử lý logic: PLC sẽ sử dụng các thuật toán logic để xử lý thông tin từ các đầu vào.
- Điều khiển đầu ra: PLC sẽ điều khiển các đầu ra theo kết quả của việc xử lý logic.
1.4.1.2 Các thành phần của PLC
PLC bao gồm các thành phần chính sau:
- Bộ xử lý trung tâm (CPU): CPU là bộ phận thực hiện các phép tính và xử lý logic.
- Bộ nhớ: Bộ nhớ lưu trữ chương trình điều khiển và dữ liệu.
- Các đầu vào/đầu ra (I/O): I/O là các cổng kết nối với các thiết bị bên ngoài.
- Các thiết bị ngoại vi: Các thiết bị ngoại vi, chẳng hạn như màn hình, bàn phím, và cổng giao tiếp, được sử dụng để lập trình và giám sát PLC.
PLC được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực tự động hóa khác nhau, bao gồm:
Sản xuất: PLC được sử dụng để điều khiển các máy móc và dây chuyền sản xuất.
- Kho vận: PLC được sử dụng để điều khiển các thiết bị nâng hạ, vận chuyển, và phân loại.
- Xây dựng: PLC được sử dụng để điều khiển các thiết bị chiếu sáng, an ninh, và điều hòa không khí.
PLC có nhiều ưu điểm so với các thiết bị điều khiển truyền thống, bao gồm:
- Tính linh hoạt: PLC có thể được lập trình để thực hiện các chức năng khác nhau.
- Tính tin cậy: PLC có độ tin cậy cao và có thể hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.
- Tính hiệu quả: PLC có thể giúp cải thiện hiệu quả sản xuất và vận hành.
PLC sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai, với các xu hướng chính sau:
- Ứng dụng các công nghệ mới: PLC sẽ được tích hợp các công nghệ mới, chẳng hạn như trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy (ML), giúp tăng độ phức tạp và khả năng tự động hóa của các ứng dụng.
- Tự động hóa cao hơn: PLC sẽ được tự động hóa cao hơn, giảm thiểu sự can thiệp của con người.
- Ứng dụng trong các lĩnh vực mới: PLC sẽ được ứng dụng trong các lĩnh vực mới, chẳng hạn như chăm sóc sức khỏe và dịch vụ.
1.4.2 Giới thiệu về PLC Mitsubishi FX1N40MT
PLC Mitsubishi FX1N40MT là một thiết bị điều khiển lập trình được (PLC) nhỏ gọn, phù hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau Nó là một lựa chọn phổ biến cho kiểm soát công nghiệp do độ tin cậy, dễ sử dụng và giá cả phải chăng.
1.4.2.1 Các tính năng chính của PLC Mitsubishi FX1N40MT:
24 đầu vào số và 16 đầu ra số
8000 bước lệnh bộ nhớ lập trình thang logic
Bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (A/D) và kỹ thuật số sang tương tự (D/A) tích hợp
Đầu ra xung tốc độ cao
Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông, bao gồm CC-Link và RS-232
1.4.2.2 Ứng dụng của PLC Mitsubishi FX1N40MT:
PLC Mitsubishi FX1N40MT có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau, bao gồm:
Hình 3 PLC Mitsubishi FX1N40MT
1.4.2.3 Ưu điểm của PLC Mitsubishi FX1N40MT:
PLC Mitsubishi FX1N40MT có nhiều ưu điểm so với các PLC khác, bao gồm:
Độ tin cậy cao: PLC Mitsubishi FX1N40MT được thiết kế để hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt.
Dễ sử dụng: PLC Mitsubishi FX1N40MT có giao diện lập trình trực quan, dễ sử dụng.
Giá cả phải chăng: PLC Mitsubishi FX1N40MT có giá cả cạnh tranh.
PLC Mitsubishi FX1N40MT là một PLC đáng tin cậy và dễ sử dụng, phù hợp với nhiều ứng dụng tự động hóa khác nhau Nó là một lựa chọn tuyệt vời cho các doanh nghiệp đang tìm kiếm một PLC có giá cả phải chăng và dễ sử dụng.
Arduino bao gồm hai thành phần chính: phần cứng và phần mềm.
- Phần cứng: Arduino là một bo mạch vi điều khiển đơn board Bo mạch này bao gồm các thành phần cơ bản sau:
- Vi điều khiển: Vi điều khiển là bộ não của Arduino Nó chịu trách nhiệm thực hiện các chương trình được viết cho Arduino.
- Bộ nhớ: Arduino có bộ nhớ flash để lưu trữ chương trình và bộ nhớ RAM để lưu trữ dữ liệu tạm thời.
- Đầu vào/đầu ra (I/O): Arduino có các chân I/O để kết nối với các thiết bị điện tử thực tế.
- Nguồn điện: Arduino có thể được cấp nguồn từ cổng USB hoặc từ nguồn điện bên ngoài.
Phần mềm: Arduino sử dụng ngôn ngữ lập trình C/C++ để viết chương trình.
Arduino IDE (Integrated Development Environment) là một phần mềm miễn phí được sử dụng để biên dịch và tải chương trình lên Arduino.
Arduino có thể được sử dụng để tạo ra nhiều loại dự án khác nhau, từ các mạch LED đơn giản đến các robot và hệ thống tự động hóa gia đình phức tạp.
Dưới đây là một số dự án Arduino phổ biến:
- Bật tắt đèn LED - Đo nhiệt độ
Hình 4 Arduino Uno development board
- Tạo nhạc cụ tổng hợp - Đo thời tiết
- Hệ thống tự động hóa gia đình Và nhiều hơn nữa!
Arduino có nhiều ưu điểm so với các nền tảng điện tử khác, bao gồm:
- Dễ sử dụng: Arduino được thiết kế để sử dụng dễ dàng, ngay cả đối với người mới bắt đầu.
- Tiết kiệm chi phí: Arduino có giá thành tương đối thấp và dễ mua.
- Linh hoạt: Arduino có thể được sử dụng cho nhiều loại dự án.
Mã nguồn mở: Arduino là một nền tảng mã nguồn mở, có nghĩa là có một cộng đồng lớn người dùng và nhà phát triển có thể cung cấp hỗ trợ và trợ giúp.
Arduino là một nền tảng điện tử tuyệt vời cho những người mới bắt đầu và các nhà phát triển có kinh nghiệm Arduino dễ sử dụng, tiết kiệm chi phí và linh hoạt, khiến nó trở thành lựa chọn hoàn hảo cho nhiều loại dự án điện tử.
Giới thiệu về GX Works 2
Phần mềm lập trình PLC Mitsubishi, được gọi là GX Works, là một bộ công cụ mạnh mẽ và linh hoạt dành cho việc lập trình, giám sát và bảo trì các hệ thống điều khiển sử dụng các bộ điều khiển lập trình (PLC) của Mitsubishi Electric Dưới đây là một số thông tin chi tiết về phần mềm này:
1 GX Works2: o Là phiên bản nâng cao của phần mềm lập trình trước đó là GXDeveloper, hỗ trợ các dòng PLC như FX, Q, và L series. o Giao diện người dùng thân thiện, dễ sử dụng và hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình bao gồm Ladder, Structured Text, và Function Block Diagram.
2 GX Works3: o Là phiên bản mới nhất, hỗ trợ các dòng PLC mới như iQ-R và iQ-F series. o Tích hợp nhiều tính năng mới và cải tiến, giao diện đồ họa trực quan hơn, và khả năng lập trình linh hoạt hơn.
1.5.2 Các tính năng chính của GX Works
Lập trình đa ngôn ngữ: o Hỗ trợ lập trình bằng nhiều ngôn ngữ như Ladder Logic, Structured Text, Function Block Diagram, và Sequential Function Chart, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn ngôn ngữ phù hợp với nhu cầu và kỹ năng của mình.
Giao diện đồ họa thân thiện: o Giao diện trực quan, dễ sử dụng, giúp người dùng nhanh chóng nắm bắt và sử dụng các tính năng của phần mềm. o Cung cấp các công cụ đồ họa mạnh mẽ để thiết kế và chỉnh sửa các chương trình điều khiển.
Chức năng giám sát và mô phỏng: o Cho phép giám sát trực tiếp hoạt động của PLC trong thời gian thực, giúp phát hiện và khắc phục sự cố nhanh chóng. o Hỗ trợ chức năng mô phỏng, giúp kiểm tra và xác minh chương trình trước khi tải lên PLC thực tế.
Quản lý dự án: o Tích hợp các công cụ quản lý dự án, cho phép tổ chức, lưu trữ và quản lý các tệp dự án một cách hiệu quả. o Hỗ trợ kiểm soát phiên bản, giúp theo dõi và quản lý các thay đổi trong chương trình.
Tích hợp HMI và SCADA: o Hỗ trợ tích hợp với các hệ thống HMI (Human Machine Interface) và SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), giúp người dùng thiết kế và triển khai các hệ thống điều khiển phức tạp.
1.5.3 Lợi ích của việc sử dụng GX Works
Tăng hiệu quả lập trình: Với giao diện trực quan và các công cụ hỗ trợ mạnh mẽ, người dùng có thể lập trình nhanh chóng và chính xác hơn.
Giảm thời gian phát triển: Các chức năng mô phỏng và giám sát giúp giảm thiểu thời gian kiểm tra và khắc phục sự cố.
Đảm bảo chất lượng: Chức năng kiểm soát phiên bản và quản lý dự án giúp đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của chương trình điều khiển.
1.5.4 Tài liệu và hỗ trợ
Mitsubishi Electric cung cấp đầy đủ tài liệu hướng dẫn, từ cơ bản đến nâng cao, cùng với các khóa đào tạo và hỗ trợ kỹ thuật để giúp người dùng làm quen và sử dụng phần mềm GX Works một cách hiệu quả.
Phần mềm lập trình PLC Mitsubishi GX Works là một công cụ mạnh mẽ và linh hoạt, đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của nhiều ứng dụng công nghiệp,từ các hệ thống điều khiển đơn giản đến phức tạp.
Giới thiệu về AirSHIBuilder 8000
AirSHIBuilder 8000 là phần mềm phát triển và lập trình giao diện HMI
(Human Machine Interface) do Mitsubishi Electric cung cấp Đây là công cụ mạnh mẽ dùng để tạo ra các màn hình điều khiển, giám sát và giao tiếp giữa người vận hành và hệ thống tự động hóa Dưới đây là một số thông tin chi tiết về phần mềm này:
Thiết kế giao diện đồ họa: o AirSHIBuilder 8000 cho phép thiết kế các giao diện đồ họa trực quan, dễ sử dụng với các công cụ kéo thả. o Hỗ trợ nhiều loại đối tượng đồ họa như nút nhấn, đèn báo, đồ thị, biểu đồ và nhiều hơn nữa. o Tích hợp thư viện hình ảnh và biểu tượng phong phú, giúp người dùng dễ dàng tạo ra các màn hình HMI chuyên nghiệp.
Kết nối và giao tiếp: o Hỗ trợ kết nối với nhiều loại PLC và các thiết bị tự động hóa khác thông qua nhiều giao thức truyền thông như Ethernet, RS-232, RS- 485, và các giao thức công nghiệp khác. o Cho phép giao tiếp thời gian thực với hệ thống điều khiển, giúp giám sát và điều khiển quá trình sản xuất hiệu quả.
Lập trình linh hoạt: o Cung cấp các công cụ lập trình mạnh mẽ, bao gồm cả lập trình bằng kịch bản (scripting) để thực hiện các tác vụ phức tạp. o Hỗ trợ nhiều ngôn ngữ lập trình như VBScript, JavaScript, giúp tăng tính linh hoạt trong việc tùy chỉnh và mở rộng chức năng của HMI.
Quản lý dự án: o Cho phép quản lý, tổ chức và lưu trữ các tệp dự án một cách hiệu quả. o Hỗ trợ kiểm soát phiên bản, giúp theo dõi và quản lý các thay đổi trong dự án.
Giám sát và ghi dữ liệu: o Tích hợp các công cụ giám sát và ghi dữ liệu, cho phép lưu trữ và phân tích dữ liệu quá trình sản xuất. o Hỗ trợ báo cáo và xuất dữ liệu ra nhiều định dạng khác nhau như CSV, Excel, giúp dễ dàng chia sẻ và phân tích thông tin.
An ninh và bảo mật: o Cung cấp các chức năng bảo mật, bao gồm quyền truy cập người dùng, bảo vệ mật khẩu, và mã hóa dữ liệu, đảm bảo an toàn cho hệ thống và dữ liệu quan trọng.
1.6.2 Lợi ích của việc sử dụng AirSHIBuilder 8000
Tăng hiệu quả vận hành: Giao diện HMI trực quan giúp người vận hành dễ dàng giám sát và điều khiển hệ thống, giảm thiểu sai sót và tăng hiệu quả vận hành.
Tiết kiệm thời gian và chi phí: Các công cụ thiết kế và lập trình mạnh mẽ giúp giảm thiểu thời gian phát triển và chi phí triển khai hệ thốngHMI.
Tăng tính linh hoạt: Hỗ trợ nhiều giao thức kết nối và ngôn ngữ lập trình giúp dễ dàng tích hợp và mở rộng hệ thống HMI theo nhu cầu cụ thể của từng ứng dụng.
1.6.3 Tài liệu và hỗ trợ
Mitsubishi Electric cung cấp đầy đủ tài liệu hướng dẫn, từ cơ bản đến nâng cao, cùng với các khóa đào tạo và hỗ trợ kỹ thuật để giúp người dùng làm quen và sử dụng phần mềm AirSHIBuilder 8000 một cách hiệu quả.
AirSHIBuilder 8000 là một công cụ mạnh mẽ và linh hoạt dành cho việc thiết kế và phát triển các hệ thống HMI, đáp ứng được các yêu cầu khắt khe của nhiều ứng dụng công nghiệp.
Giới thiệu về Arduino IDE
Arduino IDE (Integrated Development Environment) là phần mềm được sử dụng để lập trình các vi điều khiển Arduino Nó cung cấp một giao diện thân thiện và dễ sử dụng cho cả người mới bắt đầu và các nhà phát triển có kinh nghiệm để viết, biên dịch và tải mã chương trình lên các bảng mạch Arduino.
Dưới đây là một số thông tin chi tiết về Arduino IDE:
Giao diện thân thiện: o Arduino IDE có giao diện đơn giản, dễ sử dụng, giúp người dùng dễ dàng viết và chỉnh sửa mã chương trình. o Giao diện bao gồm các công cụ cơ bản như thanh menu, thanh công cụ, khu vực chỉnh sửa mã, và khu vực thông báo lỗi và đầu ra.
Hỗ trợ nhiều bảng mạch Arduino: o Arduino IDE hỗ trợ lập trình cho nhiều loại bảng mạch Arduino khác nhau, bao gồm Uno, Mega, Nano, Leonardo, và nhiều loại bảng mạch khác. o Người dùng có thể dễ dàng chọn loại bảng mạch mà họ đang sử dụng từ menu "Tools".
Thư viện phong phú: o Arduino IDE đi kèm với một kho thư viện phong phú, giúp người dùng dễ dàng tích hợp các cảm biến, module và thiết bị ngoại vi khác vào dự án của họ. o Người dùng có thể cài đặt thêm các thư viện từ thư viện trực tuyến hoặc tạo và quản lý các thư viện riêng.
Cộng đồng lớn và hỗ trợ mạnh mẽ: o Arduino có một cộng đồng lớn và năng động, cung cấp nhiều tài liệu hướng dẫn, dự án mẫu, và hỗ trợ kỹ thuật trên các diễn đàn và trang web chính thức. o Người dùng có thể dễ dàng tìm thấy giải pháp cho các vấn đề kỹ thuật hoặc nhận được sự giúp đỡ từ cộng đồng.
Tích hợp Serial Monitor: o Arduino IDE tích hợp sẵn công cụ Serial Monitor, cho phép người dùng giám sát và kiểm tra dữ liệu truyền nhận giữa máy tính và bảng mạch Arduino trong thời gian thực. o Công cụ này rất hữu ích trong việc kiểm tra và gỡ lỗi chương trình.
Biên dịch và nạp chương trình: o Arduino IDE có công cụ biên dịch mã (compiler) để chuyển mã chương trình từ ngôn ngữ Arduino (dựa trên C/C++) thành mã máy có thể chạy trên vi điều khiển. o Sau khi biên dịch, mã chương trình được tải lên bảng mạch Arduino thông qua cổng USB.
1.7.2 Các bước cơ bản để sử dụng Arduino IDE
1 Cài đặt Arduino IDE: o Tải xuống và cài đặt Arduino IDE từ trang web chính thức của Arduino
2 Chọn loại bảng mạch và cổng kết nối: o Kết nối bảng mạch Arduino với máy tính qua cổng USB. o Mở Arduino IDE, vào menu "Tools" để chọn loại bảng mạch và cổng COM tương ứng.
3 Viết mã chương trình: o Trong cửa sổ Arduino IDE, viết mã chương trình (sketch) sử dụng ngôn ngữ Arduino. o Arduino IDE cung cấp các mẫu chương trình cơ bản để người dùng bắt đầu dễ dàng.
4 Biên dịch và tải mã chương trình: o Nhấn nút "Verify" để biên dịch mã chương trình và kiểm tra lỗi. o Nhấn nút "Upload" để tải mã chương trình đã biên dịch lên bảng mạch Arduino.
5 Giám sát và gỡ lỗi: o Sử dụng Serial Monitor để giám sát dữ liệu và gỡ lỗi chương trình nếu cần thiết.
1.7.3 Tài liệu và hỗ trợ
Arduino IDE có tài liệu hướng dẫn chi tiết và phong phú, bao gồm các ví dụ mẫu, hướng dẫn lập trình, và các tài liệu tham khảo kỹ thuật Người dùng có thể truy cập các tài liệu này trên trang web chính thức của Arduino hoặc tham gia các diễn đàn và cộng đồng để nhận được hỗ trợ từ các chuyên gia và người dùng khác.
Arduino IDE là công cụ lập trình mạnh mẽ và linh hoạt, giúp người dùng dễ dàng tạo ra các dự án điện tử và tự động hóa sáng tạo.
TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ
Thiết kế ý tưởng
2.1.1 Các giải pháp thiết kế Trong quá trình tìm hiểu và phân tích đề tài, nhóm đề xuất các phương án thực hiện như sau
2.1.1.1 Phương án thiết kế hệ thống sử dụng IC số
IC số là viết tắt của Integrated Circuit, là mạch điện tử được tích hợp trên một miếng bán dẫn nhỏ, thường là silicon IC số có thể thực hiện các chức năng như bộ nhớ, bộ xử lý, bộ khuếch đại, bộ đếm, bộ mã hóa, bộ giải mã, v.v IC số có nhiều loại khác nhau, nhưng phổ biến nhất là IC số logic, IC số tương tự và IC số kỹ thuật số.
Một số ưu điểm khi dùng IC số với hệ thống phân loại sản phẩm bằng màu sắc là:
IC số có kích thước nhỏ gọn, tiết kiệm không gian và chi phí.
IC số có độ tin cậy cao, ít bị hỏng hóc do số lượng linh kiện giảm.
IC số có tốc độ xử lý nhanh, khả năng chịu nhiệt tốt và tiêu thụ ít điện năng.
IC số có thể thực hiện các chức năng phức tạp và linh hoạt, phù hợp với nhiều loại sản phẩm và tiêu chí phân loại khác nhau.
Một số nhược điểm khi dùng IC số với hệ thống phân loại sản phẩm bằng màu sắc là:
IC số có độ nhạy cao với các tác nhân bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, tĩnh điện, v.v có thể làm ảnh hưởng đến hoạt động của IC số.
IC số có khả năng mở rộng hạn chế, khó thay thế hoặc sửa chữa khi bị hỏng.
IC số có yêu cầu về thiết kế, lắp đặt và bảo trì cao, cần có các thiết bị và kỹ thuật chuyên biệt.
2.1.1.2 Phương án thiết kế hệ thống sử dụng PIC
Vi điều khiển PIC là một loại vi điều khiển RISC được sản xuất bởi công ty Microchip Technology Vi điều khiển PIC có nhiều dòng và phiên bản khác nhau, nhưng phổ biến nhất là PIC18F4520, có 40 chân, 35 lệnh, 8 kênh ADC, 3 bộ định thời, 2 cổng nối tiếp, và 5 cổng I/O 12 [1]
Một số ưu điểm khi dùng vi điều khiển PIC với hệ thống phân loại sản phẩm bằng màu sắc là:
Vi điều khiển PIC có kích thước nhỏ gọn, tiết kiệm không gian và chi phí.
Vi điều khiển PIC có độ tin cậy cao, ít bị hỏng hóc do số lượng linh kiện giảm.
Vi điều khiển PIC có tốc độ xử lý nhanh, khả năng chịu nhiệt tốt và tiêu thụ ít điện năng.
Vi điều khiển PIC có thể thực hiện các chức năng phức tạp và linh hoạt, phù hợp với nhiều loại sản phẩm và tiêu chí phân loại khác nhau.
Vi điều khiển PIC có nhiều công cụ và ngôn ngữ lập trình hỗ trợ, dễ dàng sử dụng và mô phỏng.
Một số nhược điểm khi dùng vi điều khiển PIC với hệ thống phân loại sản phẩm bằng màu sắc là:
Vi điều khiển PIC có độ nhạy cao với các tác nhân bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, tĩnh điện, v.v có thể làm ảnh hưởng đến hoạt động của vi điều khiển.
Vi điều khiển PIC có khả năng mở rộng hạn chế, khó thay thế hoặc sửa chữa khi bị hỏng.
Vi điều khiển PIC có yêu cầu về thiết kế, lắp đặt và bảo trì cao, cần có các thiết bị và kỹ thuật chuyên biệt.
2.1.1.3 Phương án thiết kế hệ thống sử dụng PLC
PLC là viết tắt của Programmable Logic Controller, là một thiết bị điều khiển tự động có khả năng lập trình theo các ngôn ngữ khác nhau, như ladder logic, function block, instruction list, v.v PLC có thể nhận, xử lý và xuất các tín hiệu số hoặc tương tự từ các cảm biến, động cơ, van, v.v để điều khiển các quá trình công nghiệp [1]
Một số ưu điểm khi dùng PLC với hệ thống phân loại sản phẩm bằng màu sắc là:
PLC có khả năng lập trình linh hoạt, dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn, phù hợp với nhiều loại sản phẩm và tiêu chí phân loại khác nhau.
PLC có độ tin cậy cao, ít bị hỏng hóc do số lượng linh kiện giảm, có khả năng tự chuẩn đoán và báo lỗi, dễ dàng bảo trì và sửa chữa.
PLC có tốc độ xử lý nhanh, khả năng chịu nhiệt tốt và tiêu thụ ít điện năng, giúp tăng hiệu quả và năng suất của hệ thống phân loại sản phẩm.
PLC có thể kết nối với nhiều thiết bị ngoại vi khác nhau, như cảm biến màu, băng tải, động cơ servo, v.v qua các giao diện truyền thông, như RS-232, RS-485, Ethernet, v.v.
PLC có nhiều công cụ và ngôn ngữ lập trình hỗ trợ, dễ dàng sử dụng và mô phỏng, có thể lập trình trên máy tính và tải xuống PLC qua cáp nối hoặc thẻ nhớ.
Một số nhược điểm khi dùng PLC với hệ thống phân loại sản phẩm bằng màu sắc là:
PLC có giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua thêm phần mềm để lập trình, cần có các thiết bị và kỹ thuật chuyên biệt.
PLC có độ nhạy cao với các tác nhân bên ngoài như nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn, tĩnh điện, v.v có thể làm ảnh hưởng đến hoạt động của PLC.
PLC có khả năng mở rộng hạn chế, khó thay thế hoặc sửa chữa khi bị hỏng, cần có các modul PLC tương thích với nhau.
PLC có yêu cầu về thiết kế, lắp đặt và bảo trì cao, đòi hỏi người sử dụng phải có trình độ chuyên môn cao.
2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thốngSo sánh PLC Mitsubishi FX1N40MT với vi điều khiển 18f4520:
PLC FX1N40MT: o Lập trình bằng ngôn ngữ lập trình ladder logic (LD) dễ học và dễ sử dụng. o Hỗ trợ một số ngôn ngữ lập trình khác như FBD, SFC, ST. o Có sẵn thư viện chương trình phong phú cho các ứng dụng phổ biến.
Vi điều khiển 18f4520: o Lập trình bằng ngôn ngữ C, ngôn ngữ Assembly. o Cần có kiến thức lập trình cao hơn so với PLC. o Có thể lập trình các chức năng phức tạp hơn so với PLC.
PLC FX1N40MT: o Có thể mở rộng thêm các module I/O, module truyền thông, module chức năng đặc biệt. o Hỗ trợ nhiều loại module khác nhau.
Vi điều khiển 18f4520: o Khả năng mở rộng hạn chế hơn so với PLC. o Có thể kết nối với các thiết bị ngoại vi thông qua các cổng giao tiếp như I2C, SPI, UART.
PLC FX1N40MT: o Giá thành cao hơn so với vi điều khiển 18f4520. o Phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao và khả năng mở rộng.
Vi điều khiển 18f4520: o Giá thành rẻ hơn so với PLC FX1N40MT. o Phù hợp cho các ứng dụng đơn giản và có chi phí thấp.
PLC FX1N40MT: o Dùng cho các ứng dụng điều khiển tự động trong các ngành công nghiệp như:
Vi điều khiển 18f4520: o Dùng cho các ứng dụng điều khiển đơn giản như:
Hệ thống điều khiển nhiệt độ
Lựa chọn cảm biến
2.2.1 Lựa chọn cảm biến vật cản Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu các loại cảm biến vật cản phát hiện phôi, em đã tìm được hai loại cảm biến hồng ngoại thường được sử dụng. Đó là Cảm biến vật cản hồng ngoại bộ so sánh sử dụng LM393 và Cảm biến vật cản E18-D80NK.
Hình 5 Cảm biến vật cản E18-D80NK
Dưới đây là bảng so sánh thông số của hai loại cảm biến trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu:
Bảng 2: So sánh thông số giữa Cảm biến vật cản hồng ngoại bộ so sánh sử dụng LM393 và Cảm biến vật cản E18-D80NK Đặc điểm
Cảm biến vật cản hồng ngoại bộ so sánh sử dụng LM393
Cảm biến vật cản E18- D80NK
Loại cảm biến Phản xạ khuếch tán Phản xạ khuếch tán
Nguồn sáng LED hồng ngoại LED hồng ngoại
2 - 30 cm (tùy theo cấu hình) 3 - 80 cm Điện áp đầu vào 5 - 12 VDC 5 VDC
Dòng điện tiêu thụ 15 mA 20 mA
Tín hiệu đầu ra Analog (so sánh điện áp) NPN (cực thu hở)
Chức năng Phát hiện vật cản và so sánh với mức đặt sẵn
Phát hiện vật cản và xuất tín hiệu NPN Điều chỉnh khoảng cách
Có thể điều chỉnh bằng biến trở
Có thể điều chỉnh bằng biến trở
Kích thước Lớn hơn (do có thêm bộ so sánh LM393) Nhỏ gọn hơn
Giá thành Rẻ hơn Đắt hơn Ưu điểm Dễ dàng chế tạo, giá rẻ Hoạt động ổn định, phạm vi hoạt động rộng, dễ sử dụng
Nhược điểm Độ chính xác thấp hơn, dễ bị nhiễu
Cần nguồn cấp 5V riêng, cần thêm trở kéo cho ngõ ra
Cảm biến vật cản E18-D80NK phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, hoạt động ổn định, phạm vi hoạt động rộng, dễ sử dụng Cảm biến cho ra kết quả chính xác nhất làm tăng tính ổn định cho hệ thống, giúp giảm thiểu sai số trong quá trình vận hành Theo những thông số ở bảng so , cũng như tìm hiểu trong các hệ thống thực tế, em quyết định lựa chọn phương án sử dụng cảm biến vật cản E18-D80NK.
2.2.2 Lựa chọn cảm biến màu sắc
Hình 6 Cảm biến màu sắc TCS3200
Cảm biến màu sắc TCS3200 là một cảm biến quang điện dựa trên công nghệ CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) Nó được sử dụng để phát hiện và đo lường màu sắc của ánh sáng chiếu vào cảm biến Dưới đây là các thông số cụ thể của cảm biến màu sắc TCS3200:
Thông số kỹ thuật của TCS3200:
1 Điện áp hoạt động:Điện áp cung cấp (Vcc): 2.7V đến 5.5V
2 Dòng điện tiêu thụ:2 mA (ở Vcc = 5V, Freq_OUT = 50%);0.6 mA (ở
Vcc = 3V, Freq_OUT = 50%) 3 Dải nhiệt độ hoạt động: -40°C đến +85°C
4 Tần số đầu ra: Có thể điều chỉnh được với các tùy chọn tần số đầu ra thấp, trung bình và cao (low, medium, high).
Photodiode Arrays: TCS3200 có một mảng 8x8 photodiodes, mỗi photodiode được phủ bằng bộ lọc màu đỏ, xanh lá, xanh dương hoặc không có bộ lọc Các photodiode này chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện.
Frequency Scaling: Tín hiệu từ các photodiode được chuyển đổi thành tín hiệu xung (pulse) với tần số tương ứng với cường độ ánh sáng màu đo được Tần số đầu ra có thể được điều chỉnh bằng cách sử dụng các chân điều khiển.
Output Frequency: Tín hiệu xung này có thể được đọc và xử lý bởi vi điều khiển để xác định màu sắc của ánh sáng chiếu vào cảm biến.
Đo màu trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp
Kiểm tra và phân loại sản phẩm theo màu sắc
Các ứng dụng trong robot
Các thiết bị y tếTCS3200 là một lựa chọn phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu xác định màu sắc nhờ tính linh hoạt và dễ sử dụng của nó.
2.2.3 Lựa chọn động cơ băng tải Động cơ giảm tốc DC JGB37-545 24VDC là một loại động cơ điện một chiều được sử dụng để truyền động các thiết bị khác Động cơ này có hộp số giảm tốc giúp giảm tốc độ quay của động cơ và tăng mô-men xoắn …
Mô-men xoắn: 20kg.cm
Hình 7 Động cơ giảm tốc DC JGB37-545 24VDC
Trọng lượng: 174g Động cơ giảm tốc chạy băng tải có thể được phân loại theo loại động cơ và loại hộp giảm tốc Động cơ có thể là động cơ điện một chiều hoặc động cơ điện xoay chiều Hộp giảm tốc có thể là hộp giảm tốc bánh răng hoặc hộp giảm tốc trục vít. Động cơ giảm tốc chạy băng tải được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:
- Sản xuất: Động cơ được sử dụng để vận chuyển vật liệu trong các nhà máy sản xuất.
- Logistics: Động cơ được sử dụng để vận chuyển hàng hóa trong các trung tâm phân phối.
- Công nghiệp: Động cơ được sử dụng để vận chuyển vật liệu trong các nhà máy công nghiệp.
Khi chọn động cơ giảm tốc chạy băng tải, cần xem xét các yếu tố sau:
- Công suất: Công suất của động cơ phải đủ lớn để vận chuyển tải trọng của băng tải.
- Tốc độ: Tốc độ của động cơ phải phù hợp với ứng dụng cụ thể.
- Mô-men xoắn: Mô-men xoắn của động cơ phải đủ lớn để vận chuyển tải trọng của băng tải.
- Kích thước: Kích thước của động cơ phải phù hợp với không gian lắp đặt.
- Giá cả: Giá cả của động cơ phải phù hợp với ngân sách.
2.2.4 Lựa chọn xilanh đẩy phôi
Xi lanh đẩy phôi CJ2B10-75RZ là một loại xy lanh khí nén được sử dụng để đẩy phôi trong các máy móc công nghiệp Xi lanh này có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng và có độ bền cao.
Đường kính xi lanh: 10mm
Áp suất khí nén: 0.15MPa đến 0.8MPa
Tốc độ: 50mm/s đến 250mm/s
Hình 8 Xi lanh đẩy phôi CJ2B10-75RZ
Trọng lượng: 0.5kg Lý do lựa chọn: Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại linh kiện có thể đáp ứng yêu cầu của hệ thống thiết kế: Xi lanh điện, động cơ,… nhưng do 2 linh kiện trên không được sử dụng rộng rãi trong môi trường thực tế, giá thành cũng khá cao Do vậy để sát với thực tế và hệ thống có độ chính xác cao em đã lựa chọn xi lanh khí nén.
Xi lanh đẩy phôi là một loại xi lanh khí nén được sử dụng để đẩy phôi hoặc vật liệu trong một quá trình sản xuất Xi lanh này có một piston được nối với một đầu đẩy, được sử dụng để đẩy phôi về phía trước.
Xi lanh đẩy phôi có thể được phân loại theo đường kính piston, hành trình piston, loại kết nối và loại khí nén.
Đường kính piston: Đường kính piston xác định kích thước của xi lanh. Đường kính piston càng lớn, thì lực đẩy của xi lanh càng lớn.
Hành trình piston: Hành trình piston xác định khoảng cách mà piston có thể di chuyển Hành trình piston càng lớn, thì phôi có thể được đẩy đi xa hơn.
Loại kết nối: Xi lanh đẩy phôi có thể có các loại kết nối khác nhau, bao gồm kết nối ren, kết nối hàn và kết nối lắp ráp.
Loại khí nén: Xi lanh đẩy phôi có thể sử dụng khí nén nén hoặc khí nén không nén Khí nén nén cung cấp lực đẩy lớn hơn, nhưng khí nén không nén an toàn hơn và dễ sử dụng hơn.
Xi lanh đẩy phôi được sử dụng trong nhiều ứng dụng sản xuất khác nhau, bao gồm:
Đùn: Xi lanh đẩy phôi được sử dụng để đẩy vật liệu vào máy đùn.
Ép: Xi lanh đẩy phôi được sử dụng để ép vật liệu vào khuôn.
Cắt: Xi lanh đẩy phôi được sử dụng để cắt vật liệu.
Khi chọn xi lanh đẩy phôi, cần xem xét các yếu tố sau:
Kích thước phôi: Kích thước phôi xác định kích thước của xi lanh cần thiết.
Lực đẩy cần thiết: Lực đẩy cần thiết xác định hành trình piston cần thiết.
Ứng dụng cụ thể: Loại ứng dụng cần xác định loại xi lanh và loại khí nén cần sử dụng.
2.2.5 Lựa chong relay trung gian
Hình 9 Relay trung gian 8 chân
Relay trung gian 8 chân là một loại relay có 8 chân, trong đó có 2 chân cấp nguồn, 2 chân điều khiển và 4 chân tiếp điểm Relay trung gian được sử dụng để đóng cắt mạch điện, điều khiển các thiết bị điện khác.
Cấu tạo của relay trung gian 8 chân
Relay trung gian 8 chân có cấu tạo gồm các bộ phận chính sau:
Cuộn dây: Cuộn dây là bộ phận nhận tín hiệu điều khiển Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, lực từ sẽ sinh ra và tác động lên các tiếp điểm, khiến chúng đóng hoặc mở.
Mạch từ: Mạch từ là bộ phận tạo ra từ trường Mạch từ thường được làm bằng sắt từ.
Tiếp điểm: Tiếp điểm là bộ phận đóng hoặc mở mạch điện Tiếp điểm thường được làm bằng đồng.
Nguyên lý hoạt động của relay trung gian 8 chân
THIẾT KẾ XÂY DỰNG HỆ THỐNG
Phân tích yêu cầu bài toán
3.1.1 Mục tiêu thiết kế - Đề tài: Thiết kế hệ thống điều khiển phân loại sản phẩm bằng màu sắc sử dụng PLC.
- Thiết kế phần cơ khí của mô hình hệ thống phân loại sản phẩm.
- Thiết kế lắp đạt hệ thống cảm biến và hệ thống điều khiển.
- Thiết kế chương trình điều khiển và giám sát mô hình.
3.1.2 Điều kiện ràng buộc thực tế - Cảm biến phân biệt chính xác màu sắc sản phẩm với sai số tối thiểu.
- PLC điều khiển chính xác hệ thống cơ khí của mô hình.
- Hệ thống điếm và hiển thị chính xác số lượng sản phẩm đã phân loại.
Nguồn điện đầu vào: 220VAC
Kích thước mô hình: 50cm x 45cm
Áp suất bình chứa khí tự chế: 4Par
Tốc độ động cơ: Max: 500 vòng/phút
Sai số màu sản phẩm: +-1%
Sản lượng sản phẩm/phút: Max: 40 sản phẩm
3.1.4 Tiêu chí đánh giá sản phẩm - Tiêu chí tính năng hoạt động: Thể hiện được các đặc điểm vận hành cơ bản của sản phẩm, có tính năng đáp ứng được nhu cầu cơ bản của người sử dụng
- Tiêu chí đặc tính của sản phẩm: Sản phẩm có đặc tính được giải thích rõ ràng sẽ dễ dàng tiếp cận các thị trường Sản phẩm khi được sản xuất sẽ có yêu cầu về trình độ cao để có thể hiểu được lợi ích đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng.
- Độ tin cậy: Đây là một trong những tiêu chí quan trọng để đánh giá chất lượng sản phẩm và được định nghĩa đó là chất lượng thay đổi như thế nào theo thời gian Mức độ tin cậy sẽ thể hiện được chất lượng sản phẩm này có được duy trì trong thời gian ban đầu tốt và sau một thời gian sử dụng sẽ như thế nào.
- Độ an toàn: Một sản phẩm có sự an toàn sẽ không cung cấp rủi ro hoặc mức độ rủi ro tối thiểu có thể chấp nhận được Khi sản xuất sản phẩm cần tính các cách sử dụng hàng hóa theo cách thông thường và duy trì mức độ bảo vệ cao cho người sử dụng
- Độ bền và tính thẩm mỹ: Độ bền của sản phẩm có thể được hiểu là tuổi thọ và thời lượng sử dụng một sản phẩm trong một thời gian cụ thể được xác định Tính thẩm mỹ của sản phẩm bao gồm hình dáng, cảm giác, âm thanh, mùi vị của sản phẩm là vấn đề thuộc sở thích của người sử dụng.
Thiết kế phần cứng
3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Hình 13 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
3.2.2 Chức năng của từng khối
Biến đổi điện xoay chiều (AC) thành điện một chiều (DC).
Chuyển đổi điện áp DC 24VDC sang điện áp DC 5VDC.
Cung cấp nguồn điện 5VDC cho các thiết bị cần thiết như cảm biến, động cơ băng tải, v.v.
Chuyển đổi tín hiệu điện áp DC 5VDC sang tín hiệu điện áp DC 24VDC dùng PLC.
Cách ly nguồn điện bảo vệ mạch điện trong hệ thống
PLC (Bộ điều khiển logic lập trình):
Là bộ não của hệ thống.
Xử lý tín hiệu từ các cảm biến, thực hiện chương trình điều khiển và gửi tín hiệu đến các thiết bị chấp hành.
Có nhiều loại PLC với các chức năng và kích thước khác nhau.
HMI (Giao diện người-máy):
Là thiết bị hiển thị thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống.
Cho phép người dùng điều khiển hệ thống bằng cách nhập các lệnh hoặc dữ liệu.
Phát hiện và thu thập thông tin về môi trường xung quanh.
Hệ thống sử dụng các cảm biến khác nhau như cảm biến vật cản, cảm biến màu sắc, v.v.
Thực hiện các hành động theo lệnh của PLC.
Có nhiều loại thiết bị chấp hành khác nhau như xi lanh, mô tơ, van điện từ, v.v.
3.2.3 Sơ đồ đấu dây của hệ thống
Hình 14 Sơ đồ đấu dây của hệ thống
3.2.4 Thiết kế sơ đồ nguyên lí
3.2.4.1 Tính toán thiết kế mạch nguồn chỉnh lưu
Xác định phụ tải: a, Relay trung gian 24VDC
Thông số: Điện áp 24VDC Dòng điện 0,04A Cần dùng 3 relay để đóng cắt cuộn hút của van điện từ => Tổng dòng của relay trung gian dùng trong hệ thống là 0,04 * 3 = 0.12(A) b, Van điện từ Thông số: điện áp: 24VDC dòng điện: 0.05A Cần dùng 3 van để cấp khí cho 3 xi lanh đẩy liệu => tổng dòng tiêu thụ của tất cả van điện từ trong hệ thống là: 0.05 * 3 = 0.15 (A) c, Còi báo động:
Thông số: Điện áp: 24 VDC Dòng điện: 0.03 A Cần dùng 1 còi báo động khi hết liệu cho hệ thống => tổng dòng tiêu thụ của còi báo động là 0.03 (A) d, Đèn báo:
Thông số: Điện áp: 24VDC Dòng điện: 0.01A Cần dùng 2 đèn để báo hoạt động của hệ thống => đèn báo của hệ thống có dòng tiêu thụ là: 0.01*2= 0.02 (A) e, Động cơ băng tải miniThông số: Điện áp: 24VDC Dòng điện: 0.8A Công suất 20W Cần dùng 1 động cơ để chạy cho băng tải => dòng tiêu thụ của động cơ sẽ tạm tính ở 1A để đảm bảo ( vì động cơ giảm tốc vòng tua chậm, mô men khỏe và lúc khởi động dòng khởi động không cao nên lấy dòng gần bằng dòng định mức)
=> Tổng dòng tiêu thụ của phụ tải ~ 1.4A
Chọn biến áp và van chỉnh lưu
Với dòng điện tính toán, ta chọn biến áp 1 pha 220VAC to 15VAC 5A Vì sau khi qua cầu chỉnh lưu, điện áp sẽ là: 18 * √ 2 ~ 25.5 VDC
Chúng ta sẽ chọn diode chỉnh lưu 6A10 (6A 1000V) để kết hợp thành cầu diode nắn điện xoay chiều thành điện một chiều
Hình 15.Mạch nguồn chỉnh lưu và hạ áp
Mạch hạ áp có chức năng cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống hoạt động, sử dụng nguồn điện đầu vào là 220V xoay chiều, đi qua biến áp 18VAC thành dòng điên 18VAC Dòng điện đi qua cầu đi ốt chuyển đổi cấp nguồn cho động cơ,Thiết kế mạch chuyển tín hiệu logic
Hình 16 Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển tín hiệu logic
Mạch chuyển đổi tín hiệu logic 5V sang tín hiệu 24VDC có công dụng chính là biến đổi mức điện áp logic từ 5V sang 24VDC, giúp cho các thiết bị hoạt động ở mức điện áp 5V có thể giao tiếp và điều khiển các thiết bị khác hoạt động ở mức điện áp 24VDC.
- Chuyển đổi mức logic: Mạch này cho phép các vi điều khiển hoặc các thiết bị logic khác hoạt động ở mức điện áp 5V có thể giao tiếp với các thiết bị đầu vào/đầu ra (I/O) hoặc các thiết bị khác hoạt động ở mức điện áp 24VDC.
- Tăng cường khả năng tương thích: Mạch này giúp cho các thiết bị có mức điện áp logic khác nhau có thể kết nối và hoạt động chung với nhau, mở rộng khả năng ứng dụng và tích hợp hệ thống.
- Bảo vệ thiết bị: Mạch này giúp bảo vệ các thiết bị 5V khỏi bị hư hỏng do điện áp cao 24VDC.
Thiết kế mạch in
Dựa trên mạch nguyên lý, chúng ta thiết kế và xây dựng mạch in trên trên phần mềm Altium Designer.
Hình 17 Mạch in 2D chỉnh lưu và hạ áp
Hình 18 Mạch in 3D chỉnh lưu và hạ áp
Hình 19 Mạch in 2D chuyển đổi tín hiệu logic
Hình 20 Mạch in 3D chuyển đổi tín hiệu logic
THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG TRÌNH VÀ MÔ PHỎNG KIỂM CHỨNG
Thực nghiệm
Quy trình hoạt động của hệ thống điều khiển:
Cảm biến màu sắc được sử dụng để thu thập thông tin về màu sắc của sản phẩm.
Cảm biến vật cản được sử dung để phát hiện sản phẩm để gửi tín hiệu cho PLC.
Tín hiệu từ cảm biến được truyền đến PLC.
PLC sẽ xử lý tín hiệu được gửi từ cảm biến xác định màu sắc của sản phẩm để phân loại sản phẩm.
Có nhiều thuật toán khác nhau để xử lý tín hiệu màu sắc, phổ biến nhất là: o Phương pháp so sánh trực tiếp: so sánh tín hiệu màu sắc của sản phẩm với mẫu màu tiêu chuẩn. o Phương pháp phân loại thống kê: sử dụng các phương pháp thống kê để phân loại sản phẩm theo màu sắc.
Dựa vào kết quả xử lý tín hiệu, PLC sẽ điều khiển các thiết bị chấp hành để phân loại sản phẩm.
Các thiết bị chấp hành thường được sử dụng là: o Xy lanh khí nén: dùng để đẩy sản phẩm vào các khay phân loại khác nhau. o Băng tải: dùng để vận chuyển sản phẩm đến các khay phân loại.
Từ quá trình thiết kế đến quá trình thực hiện chúng em đã hoàn thành đúng với thiết kế đề ra Nhưng trong quá trình thử nghiệm hệ thống còn sinh lỗi và cách khắc phục:
- Van khí xy lanh bị kẹt, xy lanh không đẩy được phôi.
- PLC không giao tiếp được với HMI
- Không nhận diện được màu sắc cách chỉnh sửa bằng cách chỉnh lại dải màu
Đánh giá hệ thống
- Thiết kế và hoàn thiệt mô hình cơ khí của hệ thống phân loại sản phảm bằng màu sắc
- Nghiên cứu và ứng dung được PLC FX1N40MT là bộ xử lí trung tâm điều khiển hệ thống.
- Hoàn thiện các phần cứng cho hệ thống hoạt đông theeo yêu cầu:
+ Thiết kế mạch chỉnh lưu và hạ áp cung cấp nguồn điện cho các cảm biến và các linh kiện trong mạch.
+ Thiết kế mạch hiển thị.
Kết quả chưa đạt được:
- Quá trình nhận biết màu sắc còn nhiều hạn chế, cụ thể là nhiễu màu xảy ra khi tần số ánh sáng của cảm biến màu thu được không ổn định.
