báo cáo môn học điều khiển lập trình đề tài hệ thống phân loại sản phẩm theo mã vạch

MỤC LỤCCHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI... CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA CỦA HỆ THỐNG PHÂNLOẠI SẢN PHẨM THEO MÃ VẠCH 1.1.. Đây là phươ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO MÔN HỌCĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH

**********Đề tài: HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO

MÃ VẠCH MÃ MÔN HỌC: PLCS330846_23_2_12

THỰC HIỆN: Nhóm 6LỚP: Thứ 4 tiết 8 - 10 GVHD: Nguyễn Tử Đức

Sinh viên thực hiệnĐinh Ngọc Lâm – 22154030Lê Tùng Lâm - 21151506 Cao Tấn Lộc - 22154031Nguyễn Văn Lộc – 22154032Hoàng Văn Minh – 21151508Trần Quang Minh – 22154033

Nhận xét của giáo viên:

MỤC LỤCCHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA CỦA HỆ THỐNG PHÂN LOẠI

CHƯƠNG 3: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ KẾT NỐI DÂY PHẦN CỨNG VỚI PLC CỦA TOÀN BỘ

HỆ THỐNG 20

3.1 Lưu đồ giải thuật 20

3.2 Kết nối dây phần cứng với PLC 21

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN 24

PHỤ LỤC 25

Hình 6 DIGITAL I/O SM 1223, 16DI/16DO SIEMENS 6ES7223-1BL32-0XB0 6

Hình 7 Nguồn tổ ong 24V-10A 7

Hình 23 Sơ đồ hệ thống điều khiển 20

Hình 24 Lưu đồ thuật toán đọc mã vạch 21

Hình 25 Kết nối dây phần cứng với PLC 22

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ QUÁ TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA CỦA HỆ THỐNG PHÂN

LOẠI SẢN PHẨM THEO MÃ VẠCH

1.1 Mã vạch là gì?Hệ thống phân loại sản hẩm theo mã vạch phổ biến nhất hiện nay là mã QR, chúng giúp lựa chọn sản phẩm dựa trên thông tin chi tiết như lô - ngày sản xuất, model Đây là phương pháp phổ biến được sử dụng trong việc phân loại kiện hàng, bưu phẩm, sản phẩm được đóng thùng carton, túi, và gắn mã vạch Hệ thống phân loạitự động này có hiệu suất cao gấp 3-5 lần so với cách quét mã vạch áp dụng phương pháp thủ công, với khả năng đạt 10.000 sản phẩm/giờ

1.1.1 Mã QR (Mã vạch 2d: Ma trận)Ngoài mã vạch 1d thì mã vạch 2d cũng được sử dụng nhiều hiện nay, đây còn được biết đến là loại mã vạch 2 chiều, mã qr code với dữ liệu được mã hóa thông tin dưới dạng ma trận gồm các ô vuông lớn nhỏ sắp xếp xen kẽ nhau, có thể theo chiều dọc hoặc chiều ngang Chính vì vậy, thông tin sẽ được mã hóa nhiều hơn so với loại barcode 1d ít nhất 2000 ký tự

Ngoài ra, mã vạch 2d còn được chia thành 2 loại được sử dụng phổ biến như:- QR Code: Barcode Qr Code là một trong những dòng mã vạch 2 chiều Chúng có nhiều ưu điểm vượt trội như: Hỗ trợ mã hóa dữ liệu theo 4 chế độ khác nhau từ số, Kanji, byte, chữ, khả năng đọc dữ liệu siêu nhanh, kích thước không bị giới hạn, quá trình sử dụng ít khi gặp vấn đề Quan trọng là mã QR Code hoàn toàn có thể tự tạo và sử dụng hoàn toàn miễn phí Nhờ vậy, nên mã vạch qr code hiện nay được ứng dụng trong rất nhiều hoạt động giới thiệu sản phẩm/dịch vụ, tiếp thị quảng cáo, tra cứu thông tin, giao dịch thanh toán, quét mã thanh toán hay quảng bá thương hiệu,… cực kỳ tiện lợi và hiệu quả

- Data matrix: Cũng tương tự như barcode QR code, loại mã Data matrix cũng được mã hóa thông tin dưới dạng ô vuông đen trắng lớn nhỏ xếp xen kẽ nhau Nhưng dung lượng của chúng ít hơn gấp đôi so với QR code, nhưng ngược lại mức độ bảo mậtthông tin, sửa lỗi tốt hơn so với các loại mã vạch khác Chính vì vậy, hiện nay dòng mã vạch data matrix chủ yếu được ứng dụng trong việc đặt tên các loại văn bản, hàng hóa,

tài liệu,….1.2 Mô tả sơ lược về hệ thống- Nút nhấn Start, Stop

- 6 băng tải - Cảm biến sensor mã QR- Tay gạt

- Cánh tay robot- Thùng hàng đựng sản phẩm1.3 Hình vẽ 3D mô tả hệ thống

Hình 1 Hình vẽ 3D mô tả hệ thống

1.4 Quy trình hệ thống hoạt động- Nhấn nút Start băng tải 1,2 chạy; băng tải 1 đưa sản phẩm chạy đến cảm biến mã QR nhận biết sản phẩm

- Nếu quét ra giá trị = 4 là sản phẩm lỗi thì tay gạt 1 hoạt động và băng tải của tay gạt cũng hoạt động để gạt sản phẩm ra để loại và đồng thời cũng có cảm biến để đếm số sản phẩm lỗi

- Nếu quét ra giá trị = 5 là sản phẩm 1 thì dừng băng tải 1 tay gạt 2 hoạt động và băng tải của tay gạt 2 cũng hoạt động để gạt sang băng tải 3 đưa sản phẩm đến kẹp sản phẩm để kẹp sản phẩm ( thông qua cảm biến nhận biết ) đồng thời cánh tay robot

hàng ra.- Nếu quét ra giá trị = 6 thì sản phẩm 2 được vận hành hoạt động tương tự như sản phẩm 1 chỉ thay thành tay gạt 3 và băng tải 3 thành băng tải 5, băng tải 4 thành băng tải 6.

- Nhấn Stop dừng hệ thống- Nhấn Reset để reset counter đếm sản phẩm

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT BỊ KÈM THÔNG SỐ KỸ THUẬT CHI TIẾT

2 Tổng quan về hệ thống

2.1 Bộ điều khiển trung tâm: PLC S7-1200

PLC S7-1200 là một bộ điều khiển có thể lập trình, kiểm soát nhiều ứng dụng tự động hóa,có thiết kế nhỏ gọn và tiết kiệm không gian

PLC S7-1200 bao gồm một microprocessor, tích hợp sẵn các đầu vào/ra (DI/DO).Cung cấp một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào CPU và chương trình điều khiển

PLC S7-1200 cung cấp một cổng profinet - hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP (hai chuẩn quan trọng trong việc truyền thông và kết nối mạng máy tính)

1 Kết nối nguồn2 Khe cắm thẻ nhớ dưới cửa trên3 Kết nối dây có thể tháo rời4 Đèn Leds trạng thái cho I/O trên mạch 5 Kết nối Profinet

Hình 2 Cấu tạo của bộ điều khiển Siemens S7 - 1200

Các thông số cơ bản của S7-1200:

Bộ nhớ lưu trữ: 2MbBộ nhớ Retentive: 2Kb

Board tín hiệu/truyền thông 1

Bộ đếm tốc độ cao 1 pha 3 x 100KHz/3 x 30KHz

2 pha 3 x 80KHz/3 x 20KHzNgõ ra xuất xung tốc độ cao 2

Thời gian thực khi mất nguồn nuôi 10 ngàyThực thi lệnh nhị phân 0.1 micro giây/lệnh

S7-1200 bao gồm các họ CPU 1211C,1212C,1214C,1215C.Mỗi loại CPU có những tính năng khác nhau, thích hợp cho từng loại ứng dụng khác nhau

CPU 1214C:- Các kiểu cấp nguồn đầu vào ra có thể là AC/DC/RLY, DC/DC/DC hay DC/DC/RLY.- Số cổng vào ra : 14DI/10DO

- Đều có khe cắm thẻ nhớ, dùng cho khi mở rộng bộ nhớ CPU, copy chương trìnhứng dụng

Hình 3 CPU 1214C

- Chuẩn đoán lỗi online/ offline.- Đồng hồ thời gian thực hiện cho các ứng dụng thời gian thực.

Cấu trúc phần cứng S7-1200:1 Đèn báo trạng thái ngõ vào/ra2 Đèn báo trạng thái hoạt động CPU3 Cổng kết nối profinet

4 Khe cắm thẻ nhớ5 Khe kết nối

Đèn Run-màu xanh: PLC ở chế độ làm việc và thực hiện chương trình đã được nạpvào bộ nhớ chương trình

Đèn Stop-màu vàng: PLC ở chế độ dừng chương trình đang thực hiện lại.Đèn SF-màu đỏ: Đèn báo hiệu hệ thống bị hỏng có nghĩa là lỗi phần cứng hoặc hệđiều hành

Đèn Ix.x-màu xanh: Chỉ trạng thái On/Off của đầu vào số.Đèn Qx.x-màu xanh: Chỉ trạng thái On/Off của đầu ra số.Kết nối PLC S7-1200 với máy tính:

Để lập trình ta kết nối trực tiếp 1 PC vs 1 PLC qua 1 dây Ethernet

Hình 4 Cấu trúc phần cứng S7-1200

Hình 5 Cáp kết nối với PLC S7-1200Module mở rộng: I/0 SIEMENS 6ES7223-1BL32-0XB0 Digital I/O Sm 1223, 16Di/16Do Thuộc dòng S7-1200 là lựa chọn phù hợp cho các ứng dụng từ nhỏ đến trung bình với khả năng mở rộng I/O.

Thông số kỹ thuậtNguồn cấp: 20.4 – 28.8 V DC- Dòng đầu vào: 180 mA- Số lượng ngõ vào: 16 DI- Số lượng ngõ ra: 16 D0- Dòng tiêu thụ tối đa: 185 mA

- Thời gian đáp ứngtối đa: 0.1 ms cho

Thông số kỹ thuật:

2.3 Động cơ bước (step motor)

a Giới thiệu động cơ bướcĐộng cơ bước là một loại động cơ đồng bộ dùng để chuyển đổi các xung điệnthành chuyển động góc Nó hoạt động nhờ bộ chuyển mạch điện từ, điều khiển cuộndây stato theo thứ tự và tần số nhất định, tạo ra chuyển động roto Mỗi xung điện áptạo ra một góc quay nhất định, tạo thành một bước quay Roto sẽ quay liên tục khi cácxung điện áp thay đổi liên tục Có nhiều loại động cơ bước, phân biệt dựa trên cấu trúcvà số bước quay trong một vòng

b Thông số kĩ thuật động cơ bước được sử dụng trong mô hình:- Loại động cơ bước: 2 pha

- Điện áp định mức: 12V-24V.- Độ phân giải: 1.8 độ/bước.- Số dây: 6 dây

- Kích thước: 42x42x50

Hình 7 Nguồn tổ ong 24V-10A

Hình 8 Động cơ bước

2.4 Aptomat (MCB) ChiNT NXB-63 C16

Hình 9 Aptomat (MCB) ChiNT NXB-63 C16

a Chức năng- Bảo vệ quá tải- Bảo vệ ngắn mạch- Cách li hệ thống điện- Đo lường dòng điệnb Thông số kĩ thuật- Dòng điện định mức: 1A, 2A, 3A, 4A, 6A, 10A, 16A, 20A, 25A, 32A, 40A, 50A,63A

- Điện áp định mức: 230 V (1 P, 1 P + N), 230/400 V (2 ~ 4 P, 3 P - N)- Tần số: 50Hz

- Điện từ phát hành loại: C

- Cơ học cuộc sống: 20000 chu kỳ:- Điện cuộc sống: 10000 chu kỳ:- Đánh giá ngắn mạch phá Công suất (Icn): 6000A.- Ngắn mạch phá Công suất (ICS): 6000A.

- Đánh giá xung lực chịu được điện áp (Uimp): 4kV.2.6 Relay trung gian

Relay là thiết bị điện tự động, thay đổi tín hiệu đầu ra khi tín hiệu đầu vào đạt giátrị xác định; dùng để điều khiển và bảo vệ mạch điện Rơ le trung gian, một loại rơ leđiện từ, có nhiệm vụ chính là chuyển tiếp mạch điện, bảo vệ các thiết bị điện, tránh hưhỏng và kéo dài tuổi thọ cho thiết bị

Hình 10.Relay G2R-1-SND.a Thông số kĩ thuật:

- Chức năng rơ le: Ổn định 1 phía.- Số cực: 1P

- Form tiếp điểm: NO/NC.- Loại tiếp điểm: Đơn.- Phân loại: LED chỉ thị và Diode

- Phân loại: : Diode.- Điện trở tiếp xúc: 100 m max.- Thời gian đáp ứng: 15 ms max.- Thời gian thiết lập lại: AC: 10 ms max ; DC: 5 ms max.- Vật liệu chống điện: 1,000 MS min (at 500 VDC).- Trọng lượng: 20g.

2.5 Nút nhấn

Hình 11 Nút nhấn START/STOP

Hình 12 Nút nhấn khẩn cấpa Chức năng:

- Khởi động và dừng khẩn cấp của hệ thống.b Thông số kỹ thuật:

- Sử dụng nguồn điện 24VDC cấp vào 2 chân nguồn

+ Chân 13, 14 là 2 tiếp điểm thường đóng.+ Chân 23, 24 là 2 tiếp điểm thường mở.- Đường kích lỗ khoét: φ 25

- Số tiếp điểm: 1NO + 1NC 5A/250 VAC.- Nhiệt độ hoạt động: -20 - 70 độ.- Tiếp điểm : bằng đồng

150(V)mm

Cảm biến ảnh : LoạiSố lượng pixel

CMOS màu 1/3 inch752(H) x 480(V)Điều chỉnh lấy nét Tự độngThời gian tiếp xúc 1/10 đến 1/50000

Đèn: Chiếu sángPhương pháp chiếu sáng

LED màu trắngCó thể chuyển đổi giữa chiếu sáng xung

Nhiệt độ môi trường xung quanhĐộ ẩm moi trường xung quanh

Chống chịu rungChống chịu va đập

0 đến 50o

C35 đến 85% RH

10 đến 55 Hz500m/s2

Vật liệu Vỏ thiết bị chính: kẽm được đúc khuôn,

vỏ bọc phía trước: Acrylic, vỏ bọc đèn

báo vận hành: TPU

2.7 Cảm biến quang điện

Là loại cảm biến phát hiện các tham số vật lý gây ra sự thay đổi trong ánh sáng và loại cảm biến quang này cũng thường được sử dụng nhiều trong các ngành công nghiệp

Thông số kĩ thuật:- Nguồn cấp: cảm biến sử dụng nguồn 12-24VDC, 24-240VAC ± 10% 50/60Hz, 24-240VDC ± 10%(Ripple P-P:Max 10%)

- Khoảng cách phát hiện: 15m (Loại thu – phát); 3m – 5m (phản xạ gương); 700mm (phản xạ khuếch tán)

- Độ trễ: lớn nhất 20% khoảng cách cài đặt định mức (phản xạ khuếch tán)- Vật phát hiện chuẩn: vật mờ đục Ø15 mm (thu-phát), vật mờ đục Ø60 mm (phảnxạ gương), vật mờ đục – trong mờ (phản xạ khuếch tán)

Hình 14 Diffuse sensor

Hình 15 Retroreflective sensor

- Nguồn sáng: sử dụng LED hồng ngoại (940nm), LED hồng ngoại (850nm), LED đỏ(660 nm).

- Chế độ hoạt động: có thể lựa chọn Light ON hay Dark ON bởi công tắc.- Ngõ ra: ngõ ra tiếp điểm relay 30VDC 3A, 250VAC 3A tải thuần trở, cấu tạo tiếp điểm: 1c

- Chỉ thị hoạt động: đèn led xanh lá (chỉ thị nguồn, sự ổn định), led vàng (chỉ thịhoạt động)

- Thời gian đáp ứng: 1ms, 20ms.Điều chỉnh độ nhạy: biến trở điều chỉnh

2.8 Màn hình hiển thị đếm sản phẩm

Hình 16 Màn hình hiển thị đếm sản phẩm

Thông số :- Đầu ra cảm biến: 12V-30mA- Nhiệt độ làm việc: -10 ~ 50°C- Cầu chì cách điện: >300MΩ- Tín hiệu đầu vào: nút nhấn, xung, cảm biến NPN, PNP- Đếm đầu vào:

+ Tín hiệu xung: tối đa 30 lần mỗi giây+ Tín hiệu điểm: tối đa 30 lần mỗi giây- Số đếm: ± 1

- Điện áp làm việc: 12/24VDC- Kích thước: 416 x 158 x 43mm- Trọng lượng: 746g

Hình 17 Đèn ngăn xếp

Chức năng: Truyền và cảnh báo:Đèn tín hiệu công nghiệp được sử dụng để truyền tín hiệu/cảnh báo đến người vận hành về các tình huống nguy hiểm hoặc sự cố xảy ra trong quátrình sản xuất

 Hiển thị tình trạng hoạt động: Xanh: hoạt động bình thường

 Đỏ: Hệ thống đang gặp sự cố Vàng: Chế độ nghỉ

 Hướng dẫn: Đèn tín hiệu công nghiệp còn được dùng để hướng dẫn người vậnhành về các bước cần thực hiện trong một quy trình sản xuất

 Thông số kĩ thuật: Nguồn cấp : 24VDC/220VAC 3 màu + 1 bộ âm thanh Tín hiệu LED có độ sáng cao, có chức năng nhấp nháy xoay, chậm, nhanh và nhiều lần

2.10 Băng tải

Hình 18 Băng tải

Thông số kỹ thuật băng tải :

2.11.Tay gạt

- Năng suất tăng lên từ 3-5 lần cùng với tỉ lệ nhầm lẫn, sai sót được kiểm soát.

- Tỷ lệ phân loại bưu kiện sai rất thấp đến 0.01% dẫn đến dịch vụ của bạn có ưuthế và khác biệt

- Tỷ lệ sai hỏng, vỡ và móp méo hàng hóa sẽ giảm từ đó sẽ nâng cao được dịchvụ

- Hệ thống phân loại bưu kiện Arm sorter cho hiệu suất cao, tiêu thụ năng lượngthấp, tiếng ồn thấp và giảm tỉ lệ lỗi khi phân loại

- Tích hợp công nghệ đếm xung đảm bảo xác định chính xác hơn vị trí sản phẩmtrên hệ thống băng tải chính

- Thiết kế module hóa giúp bảo trì, thay thế dễ dàng

2.12 Cánh tay robot

Hình 20 Cánh tay robot

Thông số kĩ thuật- Sự tiêu thụ năng lượng: 50W- Loại máy: Tự động

- Điệp áp: 415V

- Tần số dao động: 50Hz- Nhiệt độ: 165 độ C đến 205°C- Dòng điện: 21A

- Nam châm: Có- Áp suất tối đa: 1MPA- Nhiệt độ hoạt động:-10-60o

C- Chiều rộng kẹp: 16.5mm

2.14 Electric switchboard (tủ điện)

Tủ điện MSB hay còn gọi là tủ điện phân phối tổng MSB (Main Switchboard) là

Hình 22 Electric switchboard

Thông số tủ điện MSB:- Điện áp định mức: 1000VAC- Điện áp làm việc định mức: 690VAC- Tần số định mức: 50/60Hz

- Điện áp chịu đựng xung đỉnh:12kV- Điện áp mạch điều khiển: 230VAC max- Loại xung: IV

- Dòng định mức: 6300A

CHƯƠNG 3: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT VÀ KẾT NỐI DÂY PHẦN CỨNG VỚI PLC CỦA

TOÀN BỘ HỆ THỐNG

3.1 Lưu đồ giải thuật

Hình 23 Sơ đồ hệ thống điều khiển

Chức năng của từng khối: - Khối nguồn: cung cấp nguồn một chiều 24VDC cho toàn bộ hệ thống.- Bộ điều khiển trung tâm: Ghi nhận dữ liệu, lập trình xử lý và đưa ra lệnh điềukhiển cho các thiết bị

- Cảm biến: gồm các cảm biến nhận biết hàng, nhận biết vị trí robot, gửi dữ liệuvề cho khối điều khiển trung tâm

- Cơ cấu chấp hành: Nhận thông tin điều khiển (tọa độ, vận tốc, ) từ bộ điềukhiển trung tâm giúp thực thi các thao tác của mô hình

- Driver: là trung gian giúp bộ điều khiển có thể điều khiển dễ dàng các cơ cấuchấp hành

- Barcode reader: là khối quét mã vạch của hàng gửi dữ liệu về bộ điều khiển.- Giao diện điều khiển: là khối ghi và nhận dữ liệu từ bộ điều khiển trung tâm để

- Tín hiệu: thông tin được cảm biến đọc được (input)

Hình 24 Lưu đồ thuật toán đọc mã vạch

3.2 Kết nối dây phần cứng với PLC

Hình 25 Kết nối dây phần cứng với PLC

CHƯƠNG 4 : KẾT LUẬN

Sau thời gian làm báo cáo môn học, dưới sự chỉ dẫn nhiệt tình của Thầy NguyễnTử Đức, nhóm em đã hoàn thành báo cáo của mình với đề tài “Hệ thống phân loại sảnphẩm theo mã vạch” Nội dung chính của báo cáo bao gồm:

Phần kiến thức:- Tìm hiểu về bộ điều khiển lập trình PLC S7-1200- Tìm hiểu quy trình công nghệ băng chuyền phân loại sản phẩm theo mã vạch - Tìm hiểu về các cảm biến và các thiết bị khác

Phần thiết kế thi công:- Xây dựng sơ đồ khối - Viết chương trình điều khiển trên TiaPortal- Tạo môi trường mô phỏng nhà máy trên Factory I/O- Kết nối dây mô phỏng nhà máy ảo với chương trình thông qua PLC Đề tài được trình bày theo dạng mô hình mô phỏng nên trên quá trình thực hiệnbáo cáo này sẽ không tránh khỏi những sai sót, rất mong rằng đề tài này sẽ được cácbạn sinh viên khóa sau tiếp tục nghiên cứu và khắc phục những hạn chế mà đề tàiđang mắc phải để tạo ra được sản phẩm thực tế, tối ưu việc phục vụ cho sản xuất đờisống và xã hội

Nhóm em xin được cảm ơn sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn Tử Đức đãgiúp đề tài của nhóm em được hoàn thiện hơn và hoàn thành đề tài đúng hạn

PHỤ LỤC

Code QR robot 1