Tài liệu về trạm phân loại sản phẩm theo vật liệu sử dụng PLC S71200 là một tài liệu chi tiết về hệ thống tự động hóa sử dụng bộ điều khiển PLC S71200 để thực hiện quá trình phân loại sản phẩm dựa trên vật liệu sử dụng. Trong tài liệu này, bạn sẽ tìm thấy thông tin về cấu trúc của hệ thống, bao gồm các thành phần chính như cảm biến, actuators, bộ điều khiển PLC S71200, màn hình hiển thị và các thiết bị khác liên quan. Tài liệu sẽ mô tả cụ thể về cách kết nối, cài đặt và lập trình PLC S71200 để thực hiện chức năng phân loại sản phẩm theo vật liệu sử dụng. Ngoài ra, tài liệu cũng sẽ bao gồm các bước thực hiện từ việc thiết kế logic điều khiển, lập trình PLC, kiểm tra và hiệu chỉnh hệ thống cho đến việc vận hành và bảo trì sau khi triển khai. Tài liệu này sẽ giúp bạn hiểu rõ về cách hoạt động của hệ thống phân loại sản phẩm tự động và cách sử dụng PLC S71200 để điều khiển quá trình này một cách hiệu quả và chính xác.
Trang 1TRƯỜNG CAO ĐẲNG FPT POLYTECHNICBỘ MÔN: ĐIỆN -CƠ KHÍ
Trang 2ASSIGNMENTĐề tài
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀUKHIỂN TRẠM PHÂN LOẠI VÀ ĐẾM SẢN PHẨM THEO
Giảng viên hướng dẫn : Ths Lã Đình Hội
Chuyên ngành : Công nghệ kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Trang 3CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 5
1.1.Tổng quan về hệ thống điều khiển dùng PLC 5
1.1.1.Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC 6
1.1.2.Các loại hệ thống điều khiển dùng PLC 6
1.2.Tổng quan về đề tài 11
1.2.1.Giới thiệu tổng quan về đề tài 11
1.2.2.Yêu cầu công nghệ 11
CHƯƠNG II THIẾT KẾ SẢN PHẨM 13
2.1 Lựa chọn phương án thiết kế 13
2.1.1 Phương án 1 13
2.1.2 Phương án 2 14
2.2 Lựa chọn thiết bị 15
2.2.1 PLC S7 1200 1212C/DC/DC/DC 15
2.2.2 Băng tải mini 16
2.2.3 Cảm biến hồng ngoại E18 D80NK NPN 17
2.2.4 Cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận 18
2.2.5 Piston xilanh đẩy sản phẩm 20
2.5 Lưu đồ thuật toán 30
2.6 Chương trình điều khiển 31
Trang 4CHƯƠNG III THI CÔNG SẢN PHẨM 36
Trang 5Hình 2.2 Mô hình băng tải mini 17
Hình 2.3 Cảm biến hồng ngoại E18 D80NK NPN 18
Hình 2.4 Cảm Biến Phát Hiện Kim Loại Tiệm Cận LJ12A3 19
Hình 2.14 Lưu đồ thuật toán 30
Hình 2.15 Giao diện HMI trên WINCC 35
Hình 3.1 Chuẩn bị vật tư và linh kiện cần thiết 38
Hình 3.2 Lắp ráp các thiết bị , khí cụ điện lên bảng gỗ và đi dây 38
Hình 3.3 Kiểm tra nguội 39
Hình 3.4 Vận hành sản phẩm 39
Hình 3.5 Sản phẩm hoàn thiện 40
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng vật tư 33
Bảng 2: Kiểm tra vật tư linh kiện 34
Trang 6PHÂN CÔNG NHIỆM VỤST
CÔNG VIỆC
NGƯỜI THỰC HIỆN
NGƯỜI HỖ TRỢ
NGƯỜI KIỂM TRA
1Phân tích yêucầu của đề tài
Nguyễn Văn Nam
Nhữ Minh Hải
Đặng
Hồng Hải 08/05-12/05/20242Lập bảng kế
Đặng Hoàng Quốc Việt
Nguyễn Văn Nam
Mai ThanhHiếu
3Vẽ sơ đồ nguyên lí mạch
Mai ThanhHiếu
Đặng Hồng Hải
Nguyễn Văn Nam
4Viết codeNguyễn Văn Nam
Đặng Hồng Hải
Mai ThanhHiếu
5Tính chọn thiết bị
Đặng Hồng Hải
Nguyễn Văn Nam
Mai ThanhHiếu
6Lập bảng vật tư
Nhữ Minh Hải
Đặng Hoàng Quốc Việt
Đặng Hồng Hải
7Thi công sản phầm
Mai ThanhHiếu
Đặng Hồng Hải
Nhữ Minh Hải
Hồng Hải
Nhữ Minh Hải
Đặng Hoàng Quốc Việt
LỜI MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh nền công nghiệp hiện đại ngày càng phát triển, việc tự động hóacác quy trình sản xuất trở nên cực kỳ quan trọng Nhằm đáp ứng nhu cầu này, việcứng dụng các công nghệ tiên tiến vào sản xuất là điều không thể thiếu Một trong
Trang 7những giải pháp hàng đầu hiện nay là sử dụng các hệ thống điều khiển tự động vớisự hỗ trợ của các bộ điều khiển logic khả trình (PLC).
Đề tài "Thiết kế, chế tạo, lắp ráp và lập trình điều khiển trạm phân loại và đếm sảnphẩm theo vật liệu sử dụng PLC S7-1200" ra đời từ thực tiễn đó Đề tài không chỉgiúp nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất mà còn góp phần giảm thiểu sai sót,tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng sản phẩm Với hệ thống này, việc phânloại và đếm sản phẩm theo từng loại vật liệu sẽ trở nên chính xác và nhanh chónghơn.
Trong phạm vi của đề tài này, nhóm chúng em sẽ tập trung vào các nhiệm vụchính: thiết kế hệ thống cơ khí, lựa chọn và lắp ráp các thiết bị phần cứng, lập trìnhđiều khiển PLC S7-1200, và kiểm tra vận hành hệ thống Chúng tôi hy vọng rằng,thông qua đề tài này, sẽ mang lại những đóng góp thiết thực cho việc phát triển vàứng dụng các hệ thống tự động hóa trong ngành công nghiệp Việt Nam.
CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển dùng PLC
Hệ thống điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất, chất lượng và hiệu quả của các quá trình sản xuất công nghiệp Với sự phát
Trang 8triển không ngừng của công nghệ, các hệ thống điều khiển ngày càng trở nên phức tạp và yêu cầu độ chính xác cao hơn Điều này đặt ra yêu cầu về các giải pháp điềukhiển linh hoạt, dễ dàng lập trình và bảo trì, trong đó PLC (Programmable Logic Controller - Bộ điều khiển logic khả trình) là một trong những lựa chọn hàng đầu
1.1.1 Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của PLC
PLC bao gồm ba thành phần chính: bộ vi xử lý (CPU), bộ nhớ, và các module I/O (Input/Output) Nguyên lý hoạt động cơ bản của PLC dựa trên chu trình quét (scan cycle), bao gồm ba bước chính: đọc tín hiệu đầu vào (input scan), thực hiện chương trình điều khiển (program execution), và cập nhật tín hiệu đầu ra (output scan).
CPU: Là bộ não của PLC, chịu trách nhiệm thực hiện chương trình điều khiển vàquản lý các module I/O.
Bộ nhớ: Lưu trữ chương trình điều khiển và các thông số cấu hình hệ thống Module I/O: Kết nối PLC với các thiết bị ngoại vi như cảm biến, công tắc, động cơ, van điều khiển.
Hình 1.1 Cấu trúc của PLC
1.1.2 Các loại hệ thống điều khiển dùng PLC
Hệ thống điều khiển dùng PLC (Programmable Logic Controller) được phân loạitheo nhiều tiêu chí khác nhau, dựa trên cấu trúc hệ thống, phạm vi ứng dụng, hoặc
Trang 9tính năng cụ thể Dưới đây là một số loại hệ thống điều khiển dùng PLC phổ biến:
a, Hệ thống điều khiển rời rạc (Discrete Control System)
Hệ thống điều khiển rời rạc chủ yếu được sử dụng để điều khiển các quá trình màđầu ra là các tín hiệu on/off hoặc các trạng thái nhị phân Đây là loại hệ thống điềukhiển cơ bản nhất và thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp đơngiản.
Ứng dụng: Hệ thống băng chuyền, đóng gói sản phẩm, kiểm soát đèn báo hiệu Đặc điểm: Các quá trình điều khiển không liên tục, tín hiệu đầu vào và đầu ra làcác tín hiệu số.
b, Hệ thống điều khiển liên tục (Continuous Control System)
Hệ thống điều khiển liên tục được sử dụng để điều khiển các quá trình cần đầu rathay đổi liên tục và mượt mà theo thời gian Hệ thống này thường sử dụng các tínhiệu tương tự (analog) để điều khiển các thiết bị như van, động cơ và các thiết bịtruyền động khác.
- Ứng dụng: Điều khiển nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, mức chất lỏng.
- Đặc điểm: Sử dụng các tín hiệu tương tự để điều chỉnh đầu ra một cách liêntục.
c, Hệ thống điều khiển ghép nối (Hybrid Control System)
Hệ thống điều khiển ghép nối kết hợp cả điều khiển rời rạc và điều khiển liên tụctrong cùng một hệ thống Loại hệ thống này thường được sử dụng trong các ứngdụng công nghiệp phức tạp, nơi mà cả hai loại điều khiển đều cần thiết.
- Ứng dụng: Quy trình sản xuất trong ngành hóa chất, thực phẩm và đồ uống,dược phẩm.
- Đặc điểm: Kết hợp cả tín hiệu số và tín hiệu tương tự, đòi hỏi khả năng xử lýlinh hoạt từ PLC.
d, Hệ thống điều khiển phân tán (Distributed Control System - DCS)
Hệ thống điều khiển phân tán là một hệ thống điều khiển phức tạp, trong đó cácbộ điều khiển được phân tán tại nhiều vị trí khác nhau trong nhà máy Mỗi bộ điều
Trang 10khiển này được kết nối với nhau qua mạng truyền thông.
- Ứng dụng: Các nhà máy sản xuất lớn, hệ thống xử lý nước, nhà máy điện.- Đặc điểm: Tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống, giảm
thiểu sự cố do phân tán tải công việc.
e, Hệ thống điều khiển tích hợp (Integrated Control System)
Hệ thống điều khiển tích hợp kết hợp PLC với các hệ thống điều khiển khác nhưSCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), HMI (Human-MachineInterface), và các hệ thống ERP (Enterprise Resource Planning) để tạo ra một giảipháp điều khiển toàn diện cho toàn bộ nhà máy.
- Ứng dụng: Quản lý sản xuất tổng thể, giám sát và điều khiển toàn bộ nhàmáy từ xa.
- Đặc điểm: Tích hợp dữ liệu và điều khiển từ nhiều nguồn, nâng cao khảnăng giám sát và điều hành toàn bộ quy trình sản xuất.
f,Ứng dụng của PLC trong công nghiệp
PLC được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như:
- Tự động hóa sản xuất: Điều khiển các dây chuyền sản xuất, lắp ráp và đóng gói.
Trang 11Hình 1.2 Dây chuyền sản xuất sử dụng PLC
- Hệ thống điều khiển quy trình: Điều khiển và giám sát các quá trình công nghệ như trộn, khuấy, nung.
Hình 1.3 Hệ thống điều khiển trộn
Trang 12- Điều khiển máy móc: Điều khiển các loại máy CNC, máy ép nhựa, máy cắt laser.
Hình 1.4 Máy cắt lazer
- Hệ thống quản lý tòa nhà: Điều khiển và giám sát hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí, an ninh.
Trang 13Hình 1.5 Hệ thống điều khiển và giám sát tòa nhà
1.2 Tổng quan về đề tài
1.2.1 Giới thiệu tổng quan về đề tài
Trong bối cảnh công nghiệp 4.0, việc tự động hóa các quy trình sản xuất trở nênvô cùng quan trọng để tăng năng suất, giảm chi phí và nâng cao chất lượng sảnphẩm Hệ thống điều khiển tự động hóa sử dụng Bộ Điều Khiển Logic Khả Trình(PLC) đã trở thành một trong những giải pháp hiệu quả nhất trong việc đạt đượccác mục tiêu này PLC không chỉ linh hoạt, dễ lập trình mà còn có khả năng xử lývà điều khiển các quy trình phức tạp trong thời gian thực.
Đề tài "Thiết kế, chế tạo, lắp ráp và lập trình điều khiển trạm phân loại và đếm sảnphẩm theo vật liệu sử dụng PLC S7-1200" nhằm phát triển một hệ thống tự độnghóa giúp phân loại và đếm sản phẩm dựa trên vật liệu của chúng Điều này khôngchỉ giúp tối ưu hóa quá trình sản xuất mà còn đảm bảo độ chính xác cao, giảmthiểu sai sót do con người gây ra và tiết kiệm chi phí vận hành.
Trong phạm vi của đề tài, các nhiệm vụ chính bao gồm:
- Thiết kế hệ thống cơ khí: xây dựng mô hình cơ khí để vận chuyển và phânloại sản phẩm theo vật liệu.
- Lựa chọn và lắp ráp các thiết bị phần cứng: chọn các cảm biến, động cơ vàcác thiết bị cần thiết khác phù hợp với yêu cầu của hệ thống.
- Lập trình điều khiển bằng PLC S7-1200: Sử dụng PLC S7-1200 của Siemensđể lập trình điều khiển toàn bộ quá trình phân loại và đếm sản phẩm.
- Kiểm tra và vận hành hệ thống: Đảm bảo hệ thống hoạt động đúng theo yêucầu, hiệu chỉnh và tối ưu hóa nếu cần thiết.
1.2.2 Yêu cầu công nghệ
Để thiết kế, chế tạo, lắp ráp và lập trình điều khiển trạm phân loại và đếm sảnphẩm theo vật liệu sử dụng PLC S7-1200, hệ thống cần đáp ứng các yêu cầu côngnghệ sau đây Những yêu cầu này đảm bảo tính chính xác, hiệu quả và dễ sử dụngcủa hệ thống trong môi trường công nghiệp.
a, Yêu cầu về hệ thống cơ khí
Trang 14b, Yêu cầu về thiết bị phần cứng
Cảm biến và thiết bị đầu vào/ra:
- Sử dụng các cảm biến chất lượng cao để nhận diện và phân loại vật liệu sảnphẩm một cách chính xác.
- Cảm biến phải có độ nhạy cao và khả năng chịu được các điều kiện môitrường khắc nghiệt.
Trang 15CHƯƠNG II THIẾT KẾ SẢN PHẨM2.1 Lựa chọn phương án thiết kế
2.1.1 Phương án 1: Hệ thống phân loại và đếm sản phẩm sử dụng băng tải và cảm biến quang học và cảm biến điện từ
Mô tả:
- Hệ thống này sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm qua các vị trí cảmbiến quang học Các cảm biến này sẽ nhận diện sản phẩm rồi đếm số lượng.Sau đó cảm biến điện từ sẽ nhận diện vật liểu rồi kích hoạt các cơ cấu chấphành (như bộ đẩy) để phân loại sản phẩm vào các ngăn riêng biệt Đồng thời,các cảm biến sẽ đếm số lượng sản phẩm đi qua.
Thành phần chính:
- Băng tải: Được sử dụng để vận chuyển sản phẩm qua các vị trí cảm biến.- Cảm biến quang học và cảm biến điện từ: Nhận diện vật liệu của sản phẩm
(như nhựa, kim loại, gỗ) và đếm số lượng sản phẩm.
- Bộ đẩy hoặc cánh tay robot: Để đẩy sản phẩm vào các ngăn phân loại khácnhau.
- PLC S7-1200: Điều khiển toàn bộ quá trình nhận diện, phân loại và đếm sảnphẩm.
Trang 162.1.2 Phương án 2: Hệ thống phân loại và đếm sản phẩm sử dụng băng tải, cảm biến quang học và cảm biến trọng lực
Mô tả:
- Hệ thống này sử dụng băng tải để vận chuyển sản phẩm qua các vị trí cảmbiến quang học và cảm biến trọng lực Cảm biến quang học sẽ nhận diện vậtliệu và đếm sản phẩm, trong khi cảm biến trọng lực giúp kiểm tra khối lượngcủa sản phẩm để phân loại chi tiết hơn.
- Phân loại đa dạng: Có khả năng phân loại được nhiều loại sản phẩm dựa trêncác đặc điểm vật liệu và khối lượng.
Trang 17dụng băng tải, cảm biến quang học và cảm biến điện từ ”
2.2 Lựa chọn thiết bị
2.2.1 PLC S7 1200 1212C/DC/DC/DC
Bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200 CPU 1212C được thiết kế theo dạng compact CPU được tích hợp sẵn các ngõ I/O Tuy nhiên PLC S7-1200 vẫn được trang bị thêm các module I/O để mở rộng khả năng của PLC PLC S7-1200 với thiết kế nhỏ gọn, đa năng, đơn giản nhưng mang đến độ chính xác cao trong hệ thống tự động.
- Tích hợp giao tiếp Ethernet (TCP/IP native, ISO-on-TCP)- 6 counter với 3 counter 100 kHz và 3 counter 30 kHz
- Board tín hiệu mở rộng tương tự hoặc số được cắm trên CPU
Trang 18memory Hỗ trợ SD card lên đến 32GB.
Hỗ trợ giao thức Profinet, Frofibus (qua module CM 1243-5), OPC UA, AS-i (qua module CM1243-2), Web server, S7-
Communication, Modbus
2.2.2 Băng tải mini
Băng tải Mini là băng tải được thiết kế nhỏ ngang sử dụng khung Inox 304 hoặcthép sơn tĩnh điện hoặc khung nhôm, tùy mục đích và như cầu sử dụng của lĩnhvực Băng tải dùng dây băng tải PVC hoặc PU, băng tải có rất nhiều ứng dụngtrong các ngành công nghiệp khác nhau để giảm sức lao động của con người nhưtải thùng carton, chip điện tử, các sản phẩm được đóng gói, kim loại, tip, thựcphẩm, dược phẩm đóng gói, mỹ phẩm và tải nhẹ, không yêu cầu cao về nhiệt độ vàtiếp xúc sản phẩm và tải san phẩm nhỏ nhẹ và có thể để trên bàn, trong vănphòng
Trang 19Hình 2.2 Mô hình băng tải mini
Thông số kỹ thuật:
- Động cơ 12 V kèm giảm tốc- Băng tải
- Khung, con lăn
- Các hệ thống như điều tốc, cảm biến, robot sẽ được bán kèm theo yêu cầu củakhách hàng.
Trang 20- Điều khiển đèn: Nó có thể được sử dụng để kiểm soát đèn, đèn báo hoặc cácthiết bị tương tự dựa trên sự có mặt hoặc vật cản trong phạm vi cảm biến.
- Ứng dụng trong robot học và tự động hóa: Cảm biến này thường được sửdụng trong robot học và tự động hóa để phát hiện và phản ứng với môi trườngxung quanh.
Hình 2.3 Cảm biến hồng ngoại E18 D80NK NPN.
Thông số kỹ thuật:
- Đường kính ngoài : 18mm- Điện áp hoạt động : 6-36VDC
- Khoảng cách phát hiện : 10 - 30 cm ( Điều chỉnh được khoảng cách)- Đầu ra : Loại PNP thường hở
2.2.4 Cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận
Cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3 thường có cấu tạo gồm:
Trang 21- Thân Cảm Biến (Cylinder): Bên ngoài có thể là một thân hình trụ hoặc hình
tròn, thường được làm từ vật liệu chịu nhiệt độ và chống ăn mòn.
- Đầu Dò (Sensing Face): Phần này thường được làm từ vật liệu chịu mài mòn và
có khả năng phát hiện kim loại.
- Dây Dẫn Điện: Có các dây dẫn điện kết nối từ cảm biến đến các thiết bị điều
Chức năng chính của cảm biến phát hiện kim loại tiệm cận LJ12A3 là phát hiệnsự hiện diện hoặc vắng mặt của vật kim loại trong phạm vi hoạt động của nó màkhông cần tiếp xúc trực tiếp.
Hình 2.4 Cảm Biến Phát Hiện Kim Loại Tiệm Cận LJ12A3 NPN
Thông số:
- Cảm biến từ hình trụ tròn bằng kim loại
- Cảm biến hình trụ loại M18x36.5, 2 hoặc 3 dây, - Mã sản phẩm: XS518B1DAL2
- Loại kết nối: pre-cabled- Tiếp điểm ngõ ra: NPN- Tiếp điểm chức năng: N/O- Khoảng cách làm việc: 5.0 mm
Trang 222.2.5 Piston xilanh đẩy sản phẩm
– Xi lanh khí nén tiếng anh “pneumatic cylinder”, xi lanh khí là một thiết bị cơhọc, sử dụng áp suất của khí nén để tạo ra lực chuyển động tịnh tiến hoặc mômenxoắn cung cấp chuyển động cho các thiết bị khác Xi lanh khí nén giúp chuyển hóanăng lượng của khí nén thành động năng, tác động lên piston trong lòng xi lanh vàlàm cho nó chuyển động, thông qua đó truyền động đến thiết bị.
- Chất liệu thân xi lanh: Hợp kim nhôm
- Chất liệu vòng đệm: Polyurethane hoặc NBR- Cổng kết nối khí (Port Size): M5×0.8
- Tốc độ hoạt động (Operating Speed): 30~800 mm/s
- Loại xi lanh: Xi lanh khí nén tác động kép (Double Acting Cylinder)
- Kiểu lắp đặt (Mounting Type): Kiểu lắp đặt qua lỗ hoặc kiểu lắp đặt với đế- Độ chính xác hành trình: ±0.02 mm
Trang 232.2.6 Van khí nén
Van khí nén hay còn được gọi là van điện từ khí nén, là một thiết bị quan trọngcủa các hệ thống khí nén Các dòng van này được sử dụng như công cụ chia vàđiều tiết lưu lượng của các dòng khí nén trong hệ thống đường ống hoặc các thiếtbị khí nén, chúng giúp điều tiết khí nén 1 cách chính xác đảm bảo được sự hiệuquả khí sử dụng cho các hệ thống, thiết bị khí nén.
Hình 2.6 Van khí nén 5/2
Thông số:
- Thân van điện từ gồm 5 cửa lỗ và 2 vị trí
- Đầu coi điện sử dụng điện DC24V và AC220V- Piston nằm trong thân van dùng để đóng mở van- Nút đóng mở van điện từ 5/2
Điện áp cấp relay: 24VDC.
Dòng đóng cắt / 1 tiếp điểm: 5A/240VAC – 5A/28VDC.