MỤC LỤC MỤC LỤC 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH 4 LỜI MỞ ĐẦU 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG 6 MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG 6 1.1 Đặt vấn đề 6 1.2 Giới thiệu một số thiết bị sử dụng trong hệ thống 6 1.2.1 Các loại băng tải và hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay 6 a. Các loại băng tải sử dụng hiện nay 6 b. Đặc điểm của băng tải 7 c. Cấu tạo chung của băng tải 7 d. Các loại băng tải trên thị trường hiện nay 8 e. Các loại băng tải đếm và đóng sản phẩm hiện nay 9 1.2.2 Cảm biến màu E3ZM-V 10 1.2.3 Cảm biến phản xạ gương OMRON(E3JK) 12 1.2.4 Máy nén khí Pittong 14 1.3 Giới thiệu về phần mềm PLC S7-1200 18 1.3.1 Phân loại 18 1.3.2 Ưu điểm và ứng dụng 19 1.3.3 Phần mềm lập trình Portal V15 21 1.4 Giới thiệu về phần mềm Factory IO 24 1.4.1 Giới thiệu chung 24 1.4.2 Ưu điểm của phần mềm Factory IO 26 CHƯƠNG 2 : SƠ ĐỒ KHỐI VÀ GIAO DIỆN THIẾT KẾ 33 2.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống 33 2.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống 33 a. Chương trình đã soạn thảo 33 b. Khối sử lý trung tâm 34 c. Khối chấp hành 35 d. Khối giám sát 35 2.2 Giao diện thiết kế hệ thống 35 2.2.1 Chương trình 35 2.2.2 Giao diện của Factory IO 37 CHƯƠNG 3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 38 KẾT QUẢ - ĐÁNH GIÁ - NHẬN XÉT 38 3.1 Nguyên lý hoạt động 38 3.2 Lưu đồ thuật toán của toàn hệ thống 39 3.3 Kết quả nghiên cứu 40 KẾT LUẬN 41 PHỤ LỤC 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của băng chuyền 7 Hình 1.2 Cảm biến màu E3ZM-V 10 Hình 1.3 Hệ thống trục quang của cảm biến màu 10 Hình 1.4 Cấp độ bảo vệ IP69K 11 Hình 1.5: Bộ phận cảm biến màu 11 Hình 1.6: Quá trình học cảm biến 12 Hình 1.7 Cảm biến phản xạ gương E3JK 13 Hình 1.8 Cấu tạo của Piston 14 Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy nén khí pittong một chiều, một cấp 16 Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và hoạt động của máy nén khí pittong hai cấp, một chiều 17 Hình 1.11 Các dây truyền, hệ thống mẫu trong Factory io 25 Hình 1.12 Hệ thống phân loại sản phẩm trong factory IO 25 Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống 33 Hình 2.2: Giao diện thiết kế 37 Hình 3.1: Lưu đồ thuật toán 39 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay trước những sự phát triển như vũ bão của khoa học kỹ thuật việc áp dụng khoa học công nghệ vào trong thực tế sản xuất đang được phát triển rộng rãi về mặt quy mô lẫn chất lượng. Trong đó ngành tự động hóa chiếm một vai trò rất quan trọng không những giảm nhẹ sức lao dộng cho con người mà còn góp phần rất lớn trong việc nâng cao năng suất lao động, cải thiện chất lượng sản phẩm, chính vì thế ngành tự dộng hóa ngày càng khẳng định được vị trí cũng như vai trò của mình trong các ngành công nghiệp và đang được phổ biến rộng rãi trong các hệ thống công nghiệp trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Chiếm một vai trò rất quan trọng trong ngành tự động hóa đó là kỹ thuật điều khiển logic lập trình viết tắt là PLC. Nó đã và đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng chiếm một vị trí rất quan trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Không những thay thế được cho kỹ thuật điều khiển cơ cấu bằng cam và kỹ thuật rơle trước kia mà còn chiếm lĩnh nhiều chức năng phụ khác, được sự chỉ bảo và hướng dẫn tận tình của các thầy cô trong khoa Tự Động Hóa và đặc biệt là cô giáo, em đã nhận được đồ án với đề tài: “ Thiết kế hệ thống điều khiển và giám sát phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 – 1200 mô phỏng trên Factory IO ”. Để giúp cho sinh viên có thêm được những hiểu biết về vấn đề này. Việc hoàn thành đề tài này sẽ không tránh được những sai lầm thiếu sót. Em rất mong được sự phê bình, đánh giá của các thầy cô để em có thể rút ra được kinh nghiệm cũng như phát triển thêm đề tài. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MỘT SỐ THIẾT BỊ VÀ PHẦN MỀM CHUYÊN DỤNG 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa... Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất. Một trong những khâu sản xuất tự động hóa đó là khâu phân loại sản phẩm sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens. Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, em quyết định chọn đề tài: “Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 – 1200 mô phỏng trên Factory IO” Đã có khá nhiều đề tài thực hiện việc mô hình phân loại sản phâm như phân loại theo chiều cao, phân loại theo khối lượng theo kích thước. Nhưng với những sản phẩm khối lượng và kích thước nhỏ và màu sắc thay đổi theo tính chất thì các mô hình phân loại kia không phù hợp. Vì vậy chúng ta cần một hướng xử lý phù hợp hơn cho hệ thống phân loại này đó là phân loại dựa trên màu sắc. Và nhiều hệ thống chỉ thực hiện phân loại mà chưa thực hiện giám sát, quản lý việc phân loại. Vì vậy chúng ta cần xây dựng việc giám sát quá trình phân loại cho hệ thống 1.2 Giới thiệu một số thiết bị sử dụng trong hệ thống 1.2.1 Các loại băng tải và hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay a. Các loại băng tải sử dụng hiện nay Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng. Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu. Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc 1 số sản phẩm khác. Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được. b. Đặc điểm của băng tải - Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng. - Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm. c. Cấu tạo chung của băng tải Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của băng chuyền 1. Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật. 2. Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo. 3. Bộ phận căng, tạo và giữ lực căng cần thiết cho bộ phận kéo. 4. Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ...) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc. d. Các loại băng tải trên thị trường hiện nay Bảng 1: Danh sách các loại băng tải Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp. Băng tải lá 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp Băng tải thanh đẩy 50 ÷ 250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách >50m. Băng tải con lăn 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các nguyên công với khoảng cách Driver để cấu hình kết nối giữa Factory IO và PLC. Bước 7: Một cửa sổ Driver sẽ hiện ra. Trong này có rất nhiều driver khác nhau tương ứng với các dòng PLC khác nhau. Trong ví dụ này chúng ta dùng PLC Sim của Siemens. Do đó chúng ta chọn mục Siemens S7-PLCSIM như trong hình. Bước 8: Một module sẽ hiện ra trên màn hình tượng trung cho PLC của chúng ta. Tuy nhiên module này hiện tại chỉ tượng trưng cho PLC Sim thôi chứ chưa được cấu hình chân IO cũng như loại PLC đang được sử dụng. Do đó các bạn nhấn vào nút CONFIGURATION phía bên góc phải Bước 9: Trong cửa sổ cấu hình vừa hiện ra, các bạn nhấn Auto connect để Factory IO tự động kết nối PLC. Offset là địa chỉ bắt đầu của IO. Còn count là số lượng IO mà mình cần khai báo. Các bạn cài đặt giống như trong hình. Ở đây mình chọn ngõ vào Input bắt đầu từ 0 và có 16 ngõ tất cả. Ngõ ra mình chọn bắt đầu từ 4 và có 8 ngõ tất cả. Bước 10: Sau khi cấu hình xong, module PLC đã được rút gọn lại theo số lượng IO mà mình mong muốn. Sau đó, các bạn kéo thả các ngõ vào ra tương ứng ở cột Sensor và Actuator vào các ngõ Input/Output trên PLC mà mình đã lập trình. Kết quả như hình bên dưới. Bước 11: Sau khi đã gán chân xong, các bạn nhấn nút Connect để Factory IO kết nối với PLC. - Nếu kết nối thành công, các bạn sẽ thấy dấu tick màu xanh ở kế bên ô Driver. CHƯƠNG 2 : SƠ ĐỒ KHỐI VÀ GIAO DIỆN THIẾT KẾ 2.1 Yêu cầu thiết kế hệ thống Phần cứng 1 PLC S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC Phần Mềm 1 PC Cài sẵn 2 phần mềm hỗ trợ lập trình S7-1200 ( TIA Portal V15) và phần mềm thiết kế giao diện giám sát hệ thống Factory IO. 2.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống a. Chương trình đã soạn thảo Là chương trình(code) đã được soạn thảo trên phần mền hỗ trợ lập trình PLC S7-1200 TIA Portal và được nạp xuống khối xử lý trung tâm b. Khối sử lý trung tâm Gồm có PLC S7-1200 CPU 1211C AC/DC/RLY để điều khiển vận hành toàn bộ hệ thống c. Khối chấp hành Gồm có: • Cảm biến. • Động cơ kéo băng tải • Các Pittong dùng để phân loại d. Khối giám sát Là khối chứa giao diện đã thiết kế trên Factory IO để giám sát 2.2 Giao diện thiết kế hệ thống 2.2.1 Chương trình Gồm 2 khối: • Khối OB1: là khối chứa chương trình chính • Khối FC9000: là khối kết nối giữa PLC và phần mềm Factory IO Các lệnh được sử dụng trong các khối là: Các tiếp điểm ladder (LAD) S và R: Set và Reset 1 bit Bộ định thời (Timer). TON : ngõ ra của bộ định thì ON – delay Q được đặt lên ON sau một sự trì hoãn thời gian đặt trước. Bộ đếm (Counter). CTU: bộ đếm đếm lên. 2.2.2 Giao diện của Factory IO Hình 2.2: Giao diện thiết kế - Các nút bấm dùng để điều khiển (Start, Stop, Reset, Auto, Manu, Sự cố) - 2 băng tải - 2 cảm biến (Cảm biến màu, cảm biến phản xạ gương) - 3 piston để phân loại CHƯƠNG 3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN KẾT QUẢ - ĐÁNH GIÁ - NHẬN XÉT 3.1 Nguyên lý hoạt động Có 2 chế độ đó là chế độ chọn bằng tay và chế độ tự động. Chế độ bằng tay: Ta chọn chế độ Manu: Nhấn start sản phẩm bắt đầu đi ra khỏi máy sản xuất liên tục, khi cảm biến màu sắc bị tác động thì piston sẽ hoạt động đẩy sản phẩm xuống thùng chứa tương ứng với các giá trị mà đã lập trình. Khi cảm biến màu sắc tác động, băng chuyền sau sẽ dừng lại để piston đẩy vật xuống thùng, khi vật được đẩy xuống, cảm biến phản xạ gương tác động thì băng tải tiếp tuc hoạt động đưa vật lên. Counter 1, 2, 3 được đếm lên khi vật tác động vào cảm biến phản xạ quang. Nhấn reset, cả 3 counter này sẽ trở về 0. Quá trình điều khiển này chạy liên tục khi ta tác động vào 2 cảm biến. Khi ta nhấn nút stop hệ thống sẽ dừng lại. Chế độ Auto: Nhấn nút Auto sản phẩm sẽ tự đi ra khỏi máy sản xuất vào hệ thống làm việc một cách tư động. Không cần ta phải tác động vào cảm biến.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
Đặt vấn đề
Ngày nay cùng với sự phát triển của các ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà trong đó điều khiển tự động đóng vai trò hết sức quan trọng trong mọi lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lý, công nghiệp tự động hóa Do đó chúng ta cần phải nắm bắt và vận dụng điều khiển tự động một cách hiệu quả nhằm đóng góp vào sự phát triển khoa học kỹ thuật của thế giới nói chung và trong sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động nói riêng. Xuất phát từ những lần tham quan các doanh nghiệp có dây chuyền sản xuất, chúng em đã được thấy nhiều khâu tự động hóa trong quá trình sản xuất Một trong những khâu sản xuất tự động hóa đó là khâu phân loại sản phẩm sử dụng bộ điều khiển lập trình PLC Siemens.
Sau khi tìm hiểu, nghiên cứu về các đề tài và công trình trước đây, em quyết định chọn đề tài: “Phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC S7 – 1200 mô phỏng trên
Factory IO” Đã có khá nhiều đề tài thực hiện việc mô hình phân loại sản phâm như phân loại theo chiều cao, phân loại theo khối lượng theo kích thước Nhưng với những sản phẩm khối lượng và kích thước nhỏ và màu sắc thay đổi theo tính chất thì các mô hình phân loại kia không phù hợp Vì vậy chúng ta cần một hướng xử lý phù hợp hơn cho hệ thống phân loại này đó là phân loại dựa trên màu sắc.
Và nhiều hệ thống chỉ thực hiện phân loại mà chưa thực hiện giám sát, quản lý việc phân loại Vì vậy chúng ta cần xây dựng việc giám sát quá trình phân loại cho hệ thống
Giới thiệu một số thiết bị sử dụng trong hệ thống
1.2.1 Các loại băng tải và hệ thống phân loại sản phẩm hiện nay a Các loại băng tải sử dụng hiện nay
Băng tải thường được dùng để di chuyển các vật liệu đơn giản và vật liệu rời theo phương ngang và phương nghiêng Trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị này được sử dụng rộng rãi như những phương tiện để vận chuyển các cơ cấu nhẹ, trong các xưởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, các loại xỉ lò trên các trạm thủy điện thì dùng vận chuyển nhiên liệu.
Trên các kho bãi thì dùng để vận chuyển các loại hàng bưu kiện, vật liệu hạt hoặc 1 số sản phẩm khác Trong 1 số ngành công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm, hóa chất thì dùng để vận chuyển các sản phẩm đã hoàn thành và chưa hoàn thành giữa các công đoạn, các phân xưởng, đồng thời cũng dùng để loại bỏ các sản phẩm không dùng được. b Đặc điểm của băng tải
- Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo các hướng nằm ngang, nằm nghiêng hoặc kết hợp giữa nằm ngang với nằm nghiêng.
- Vốn đầu tư không lớn lắm, có thể tự động được, vận hành đơn giản, bảo dưỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyển khác không lớn lắm. c Cấu tạo chung của băng tải
Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo của băng chuyền
1 Bộ phận kéo cùng các yếu tố làm việc trực tiếp mang vật.
2 Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho bộ phận kéo.
4 Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) làm phần trượt cho bộ phận kéo và các yếu tố làm việc. d Các loại băng tải trên thị trường hiện nay
Bảng 1: Danh sách các loại băng tải
Loại băng tải Tải trọng Phạm vi ứng dụng
Băng tải dây đai < 50 kg Vận chuyển từng chi tiết giữa các nguyên công hoặc vận chuyển thùng chứa trong gia công cơ và lắp ráp.
Băng tải lá 25 ÷ 125 kg Vận chuyển chi tiết trên vệ tinh trong gia công chuẩn bị phôi và trong lắp ráp
Băng tải thanh đẩy 50 ÷ 250 kg Vận chuyển các chi tiết lớn giữa các bộ phận trên khoảng cách >50m.
Băng tải con lăn 30 ÷ 500 kg Vận chuyển chi tiết trên các vệ tinh giữa các nguyên công với khoảng cách
Các loại băng tải xích, băng tải con lăn có ưu điểm là độ ổn định cao khi vận chuyển.Tuy nhiên chúng đòi hỏi kết cấu cơ khí phức tạp, đòi hỏi độ chính xác cao, giá thành khá đắt.
- Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn năng suất của băng tải loại này có thể đạt 1,5 tấn/h và tốc độ chuyển động là 0,2m/s Chiều dài của băng tải là không hạn chế trong phạm vi kéo là 10kN.
- Băng tải xoắn vít : có 2 kiểu cấu tạo :
+ Băng tải 1 buồng xoắn: Băng tải 1 buồng xoắn được dùng để thu dọn phoi vụn. Năng suất băng tải loại này đạt 4 tấn/h với chiều dài 80cm.
+ Băng tải 2 buồng xoắn: có 2 buồng xoắn song song với nhau, 1 có chiều xoắn hiện nhờ 1 tốc độ phân phối chuyển động.
Cả 2 loại băng tải buồng xoắn đều được đặt dưới máng bằng thép hoặc bằng xi măng. e Các loại băng tải đếm và đóng sản phẩm hiện nay Đóng hộp và đếm sản phẩm là một bài toán đã và đang được ứng dụng rất nhiều trong thực tế hiện nay Dùng sức người, công việc này đòi hỏi sự tập trung cao và có tính lặp lại, nên các công nhân khó đảm bảo được sự chính xác trong công việc Chưa kể đến có những phân loại dựa trên các chi tiết kĩ thuật rất nhỏ mà mắt thường khó có thể nhận ra Điều đó sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng sản phẩm và uy tín của nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động đóng gói và đếm sản phẩm ra đời là một sự phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách này.
Tùy vào mức độ phức tạp trong yêu cầu, các hệ thống tự động có những quy mô lớn, nhỏ khác nhau Tuy nhiên có một đặc điểm chung là chi phí cho các hệ thống này khá lớn, đặc biệt đối với điều kiện của Việt Nam Vì vậy hiện nay đa số các hệ thống đóng sản phẩm tự động đa phần mới chỉ được áp dụng trong các hệ thống có yêu cầu phức tạp, còn một lượng rất lớn các doanh nghiệp Việt Nam vẫn sử dụng trực tiếp sức lực con người để làm việc Bên cạnh các băng chuyền để vận chuyển sản phẩm thì một yêu cầu cao hơn được đặt ra đó là phải có hệ thống đếm sản phẩm Còn rất nhiều dạng đóng sản phẩm tùy theo yêu cầu của nhà sản xuất như: Đóng sản phẩm theo kích thước, theo khối lượng v.v… Vì sản phẩm rất đa dạng nên có nhiều loại băng chuyền khác nhau để đáp ứng các hướng giải quyết khác nhau cho từng sản phẩm. Đếm sản phẩm sử dụng cảm biến quang: hộp chứa sản phẩm chạy trên băng chuyền dưới ngang qua cảm biến quang thứ 1 thì tự động dừng lại, động cơ băng chuyền trên sẽ hoạt động đưa sản phẩm vào hộp và đồng thời đếm đủ số lượng sản phẩm băng chuyền dưới sẽ tự động chạy đưa hộp ra ngoài và hộp tiếp theo sẽ được đưa vào.
Với thiết kế tiết kiệm không gian E3ZM-V nhỏ hơn nhiều lần so với model trước E3M-V, cựng với vỏ kim loại SUS316L đạt tiờu chuẩn cấp độ bảo vệ IP69K ã Cải thiện quỏ trỡnh phỏt hiện cỏc màu khỏc nhau nhờ đốn LED sỏng trắng và bộ lọc tớn hiệu RGB ã Hệ thống trục quang duy trì chính xác quá trình cảm nhận độ tương phản của đối tượng di chuyển Cung cấp 2 chế độ học mầu: chế độ học bằng tay và chế độ học tự động từ xa Thiết kế nhỏ gọn, E3ZM-V giảm đi tới 90% kích thước so với model OMRON trước Và kích thước chuẩn quốc tế đóng góp vào việc lắp đặt tiêu chuẩn hoá kỹ thuật.
Hình 1.2 Cảm biến màu E3ZM-V
Hệ thống trục quang được thiết kế nhỏ gọn Mặc dù E3ZM-V chỉ có kích thước 11 ×
21 × 32 mm.Hệ thống trục quang được dùng ở đây có khuynh hướng thay đổi để thích nghi với đối tượng cảm nhận.
Hình 1.3 Hệ thống trục quang của cảm biến màu
Cấp độ bảo vệ IP69K cùng với vỏ kim loại SUS316L (Tuổi thọ cao giống như là E3ZM)
Hình 1.4 Cấp độ bảo vệ IP69K
Vỏ cảm biến được xây dựng bằng kim loại chống sự ăn mòn SUS316L và lắp bảo vệ hiển thị được làm bằng chất PES (polyethersulfone) Hai vật liệu này có độ chống ăn mòn rất cao, rất hiệu quả trong việc làm sạch và tẩy rửa Cấp độ bảo vệ IP69K cho phép E3ZM-V chống lại các chất tẩy xà phòng cùng với nhiệt độ cao, áp suất nước cao Việc làm này cho phép E3ZM-V hoạt động ở những nơi yêu cầu có mức vệ sinh cao.
Bộ phận cảm biến phát hiện mầu được thiết kế nhỏ gọn và hiệu suất cao
Hình 1.5: Bộ phận cảm biến màu
Cải thiện quá trình phát hiện các màu khác nhau và tín hiệu RGB
Sự phát hiện các mầu đơn sắc thường gặp khó khăn trong các model trước đó của
Tín hiệu trả về rất nhanh 50ms với 2 mức tín hiệu ON và OFF.
Quá trình học bằng tay và tự động thao tác một cách dễ dàng.
Quá trình học bằng tay
Hình 1.6: Quá trình học cảm biến
Chiếu điểm sáng vào điểm chia và nền của điểm chia sau đó nhấn nút tự học.
1.2.3 Cảm biến phản xạ gương OMRON(E3JK)
- Cảm biến quang E3JK là loại cảm biến quang omron có khoảng cách phát hiện vật thể dài gấp 8 lần các loại cảm biến thông thường với 2 loại :
- Loại phản xạ gương khoảng cách phát hiện từ 7-11m.
- Loại thu – phát khoảng cách phát hiện lên tới 40m và loại phản xạ khuếch tán khoảng cách phát hiện là 2.5m.
- Cảm biến quang Omron E3JK có khả năng hiển thị được cải thiện: Nguồn sáng led tạo ra điểm sáng nhìn thấy, đèn chỉ thị lớn có thể quan sát được ở từ xa.
- Nâng cao khả năng hoạt động: Vít điều chỉnh độ nhạy, lựa chọn chế độ hoạt động.
- Dễ dàng lựa chọn được nguồn cấp 24-240VDC, 24-240VAC.
- Cảm biến quang Omron E3JK có ứng dụng : phát hiện khay cho dây chuyền chế biến rau quả,Phát hiện buồng thang nâng, phát hiện phôi trong máy chế bến gỗ , phát hiện gói hàng nằm ngoài giá để hàng
Loại : phản xạ khuếch tán , thu - phát và phản xạ gương
Nguồn cấp: 24-240VDC ±10% và 24-240VAC ±10%, 50/60 Hz
Khoảng cách phát hiện: 40m (Loại thu - phát) 7-11 m (phản xạ gương, ) 2.5m (phản xạ khuếch tán)
Độ trễ: Lớn nhất 20% khoảng cách phát hiện (Phản xạ khuếch tán)
Vật phát hiện chuẩn: D75 (Phản xạ gương), D14.8 (Thu – phát) vật mờ đục
Nguồn sáng: LED đỏ (624 nm), LED hồng ngoại (850 nm)
Chế độ hoạt động: Light-ON / Dark-ON
Ngõ ra: Rơ le SPDT, 250 VAC 3 A, 5VDC 10mA, Ngõ ra collector hở NPN/PNP: điện áp lớn nhất 30VDC, dòng tải 100mA
Chỉ thị hoạt động: Đèn led xanh (chỉ thị nguồn, sự ổn định), led cam (chỉ thị hoạt động)
Thời gian đáp ứng: 30ms, 5ms
Điều chỉnh độ nhạy: Vít chỉnh
Hình 1.7 Cảm biến phản xạ gương E3JK
Máy nén khí Piston được sử dụng phổ biến rộng rãi hiện nay đặc biệt trong các ngành sản xuất thiết bị điện tử, những ngành nghề mà ở đó thường xảy ra những vụ nổ nguy hiểm bắt nguồn từ các thiết bị phun sơn, các chi tiết nhựa, chất dẻo,… hay ngành sửa chữa, bảo dưỡng xe máy, ô tô Về mặt chức năng máy nén khí Piston cũng giống như máy nén khí trục vít nhưng về mặt cấu tạo thì máy nén khi Piston chinh phục được người dùng vì có cấu tạo đơn giản, dễ sử dụng và dễ bảo hành Hãy cùng Nam Phát tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động để người dùng sử dụng và bảo dưỡng máy hiệu quả nhé.
Cấu tạo máy nén khí Piston:
Hình 1.8 Cấu tạo của Piston
Máy nén khí Piston được cấu thành bởi các chi tiết và cụm chi tiết giữ vị trí, vai trò và nhiệm vụ khác nhau; chúng không thể thiếu vắng trong quá trình máy nén khí công nghiệp hoạt động Máy nén khí piston với cấu tạo đơn giản, bao gồm xi lanh, piston, cần đẩy, thanh truyền, con trượt, tay quay, van nạp, van xả, phớt,…Dòng máy Piston được chia thành 2 loại:
Máy nén khí một chiều một cấp: xi lanh, piston, con trượt, thanh truyền, tay quay, van nạp khí , van xả khí, con đẩy…
Máy nén khí hai chiều một cấp : xi lanh, piston, con đẩy, con trượt, thanh truyền, tay quay, phớt, van nạp , van xả,bình làm mát.
Mỗi loại máy nén sẽ có nguyên lý hoạt động khác nhau Nhưng đa số, máy nén khí piston được hoạt động dựa theo nguyên lý thay đổi thể tích, quy trình nén của thiết bị được thực hiện giữ khí vào một không gian khép kín và giam thể tích của khí, áp suất của khí nhờ đó sẽ được tăng lên Khi áp suất cao hơn so với áp suất ngưng tụ hơi thì khí sẽ được đưa ra khỏi không gian khép kín này Và dựa trên nguyên tắc di chuyển của một piston lên xuống trong xilanh.
Giới thiệu về phần mềm PLC S7-1200
Dòng sản phẩm PLC đầu tiên của Siemens là PLC S7-200 Năm 2009, Siemens ra dòng sản phẩm S7-1200 dùng để thay thế dần cho S7-200 Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính năng linh hoạt và sức mạnh điều khiển nhiều thiết bị đa dạng.
Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ khiến cho PLC S7-
1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng nhỏ.
Module CPU của PLC S7-1200 tích hợp bộ vi xử lý, bộ nguồn, ngõ vào/ra, cổng mạng PROFINET, các bộ đếm tốc độ cao (HSC), các ngõ vào tương tự tạo nên một bộ điều khiển có tính năng mạnh mẽ.
Module CPU cung cấp một cổng PROFINET dành cho việc trao đổi thông tin qua mạng PROFINET Một số các module truyền thông mở rộng khác cho phép ghép nối và truyền thông PLC S7-1200 qua mạng PROFIBUS, GPRS, RS485, RS232, IEC, DNP3 và WDC.
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1200 là Step7 Basic Step7 Basic hỗ trợ ba ngôn ngữ lập trình là FBD, LAD và SCL Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens.
Có nhiều cách phân loại PLC S7-1200.
Theo bộ vi xử lý, PLC S7-1200 được phân chia thành 5 dòng: CPU 1211C, CPU 1212C, CPU1214C, CPU 1215C, CPU 1217C.
Theo nguồn nuôi cung cấp cho CPU, ngõ vào và ngõ ra tích hợp trên CPU:
Loại AC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là xoay chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ ra xoay chiều hoặc 1 chiều.
Loại DC/DC/RLY: nguồn nuôi cấp cho CPU là một chiều, ngõ vào 1 chiều, ngõ ra xoay chiều hoặc 1 chiều.
Loại DC/DC/DC: nguồn nuôi cấp cho CPU, ngõ vào, ngõ ra đều là 1 chiều.
1.3.2 Ưu điểm và ứng dụng
Giảm đến 80% số lượng dây nối Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng và dễ dàng.
Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi không có các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phần cứng.
Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài ms, điều này làm tăng tốc độ và năng suất PLC.
Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học
Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương trình phức tạp Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, kết nối mạng Internet, các Modul mở rộng
Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ
Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể lập trình được, chỉ số IP chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động.
Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau trong công nghiệp như:
– Hệ thống nâng vận chuyển.
– Các robot lắp giáp sản phẩm
– Dây chuyền xử lý hoá học.
– Công nghệ sản xuất giấy
– Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
– Công nghệ chế biến thực phẩm.
– Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.
– Dây chuyền lắp giáp Tivi.
– Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
– Quản lý tự động bãi đậu xe.
– Dây chuyền may công nghiệp.
– Dây chuyền sản xuất xe ôtô.
– Kiểm tra quá trình sản xuất
1.3.3 Phần mềm lập trình Portal V15
Phần mềm SIMATIC TIA Portal STEP7 Basic chạy hệ điều hành Windows, phần mềm làm nhiệm vụ trung gian giữa người lập trình và PLC
Để lập trình SIMATIC S7-1200 từ PC hay Laptop cần một kết nối TCP/IP
Để PC và SIMATIC S7-1200 có thể giao tiếp với nhau, điều quan trọng là các địa chỉ IP của cả hai thiết bị phải phù hợp với nhau Sau đây là cách tạo một project trên
Một số thao tác cơ bản khi làm quen với phần mềm
Bước 1: Từ màn hình desktop nhấp đúp chọn biểu tượng Tia Portal V15
Bước 2: Click chuột vào Create new project để tạo dự án
Bước 3: Nhập tên dự án vào Project name sau đó nhấn create
Bước 5: Chọn Add new device
Bước 6: Chọn loại CPU PLC sau đó chọn add
Bước 7: Project mới được hiện ra
1.4 Giới thiệu về phần mềm Factory IO
Factory I/O là một phần mềm thiết kế và mô phỏng trực quan các hệ thống điều khiển tự động hoá theo cách trực quan nhất Phần mềm có thể giao tiếp gần như với mọi PLC Với bộ thư viện phong phú, phần mềm Factory IO mô phỏng được các hệ thống, đối tượng thông dụng trong hệ thống tự động hoá dưới dạng 3D.
Factory I/O được thiết kế sẵn 20 mô hình dựa theo các ứng dụng công nghiệp phổ biến Ngoài ra, có thể sử dụng các đối tượng được cung cấp sẵn trong thư viện Factory IO để thiết kế các dây chuyền, hệ thống theo các riêng của mỗi người.
Hình 1.11 Các dây truyền, hệ thống mẫu trong Factory io
Hình 1.12 Hệ thống phân loại sản phẩm trong factory IO
1.4.2 Ưu điểm của phần mềm Factory IO
Phần mềm Factory IO là phần mềm mô phỏng dùng trong mô phỏng hệ thống PLC và đào tạo kỹ năng lập trình PLC
- Factory-IO có những ưu điểm sau:
Giao diện 3D, góc nhìn đa dạng (hỗ trợ góc nhìn thứ 1 như game hành động)
Kết nối nhiều loại PLC thực khác nhau: Siemens, ABB, Schnejder…
Thiết kế và thi công nhà xưởng với hơn 30 loại cấu kiện và hơn…
Mô tả một hệ thống nhà máy ảo với các cảm biến và cơ cấu chấp hành (tín hiệu tương tự hoặc kỹ thuật số).
Đánh dấu sự cố (pan) ngắn mạch hoặc hở mạch, thích hợp cho việc giảng dạy cho giáo viên.
Phân loại hàng hóa theo kích thước
Sắp xếp hàng hóa trên pallet
Vận chuyển hàng hóa bằng thang máy
Các bước cấu hình và kết nối cơ bản giữa PLC với Factory IO
Bước 1: Đầu tiên, mở chương trình TIA Portal Giao diện lập trình sẽ hiện ra và lập trình logic Chúng ta sẽ tạo bảng Symbol để khai báo các ngõ vào ra như trong hình bên dưới.
Bước 2: Tiếp theo, viết một đoạn chương trình nhỏ bằng ngôn ngữ ladder để chạy băng chuyền dựa theo tín hiệu từ nút nhấn Start/Stop:
Bước 3: Bây giờ, đoạn chương trình logic đã viết xong Ta load chương trình này xuống
PLC Sim để chạy Sau đó, bật PLC Sim sang chế độ Run
Bước 4: Bây giờ, ta sẽ mở chương trình Factory IO để thực hiện mô phỏng Bạn có thể tạo mô hình mới hoặc tận dụng các mô hình đã được tạo sẵn trong Factory IO Ở đây, vì ví dụ đơn giản nên sẽ tạo một mô hình mới.
Bước 5: Ở ví dụ này sẽ thực hiện điều khiển băng chuyền Do đó hệ thống sẽ thiết kế một hệ thống đơn giản như hình bên dưới
Bước 6: Tiếp theo chúng ta sẽ vào menu File -> Driver để cấu hình kết nối giữa Factory IO và PLC.
Bước 7: Một cửa sổ Driver sẽ hiện ra Trong này có rất nhiều driver khác nhau tương ứng
Trong ví dụ này chúng ta dùng PLC Sim của Siemens Do đó chúng ta chọn mục Siemens
SƠ ĐỒ KHỐI VÀ GIAO DIỆN THIẾT KẾ
Yêu cầu thiết kế hệ thống
1 PLC S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC
1 PC Cài sẵn 2 phần mềm hỗ trợ lập trình S7-1200 ( TIA Portal V15) và phần mềm thiết kế giao diện giám sát hệ thống Factory IO.
2.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống
Hình 2.1: Sơ đồ khối của hệ thống a Chương trình đã soạn thảo
Là chương trình(code) đã được soạn thảo trên phần mền hỗ trợ lập trình PLC S7-1200 TIA Portal và được nạp xuống khối xử lý trung tâm
Chương trình đã soạn thảo (Code)
Khối xử lý trung tâm
Khối giám sát b Khối sử lý trung tâm
Gồm có PLC S7-1200 CPU 1211C AC/DC/RLY để điều khiển vận hành toàn bộ hệ thống c Khối chấp hành
Động cơ kéo băng tải
Các Pittong dùng để phân loại d Khối giám sát
Là khối chứa giao diện đã thiết kế trên Factory IO để giám sát
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN
Nguyên lý hoạt động
Có 2 chế độ đó là chế độ chọn bằng tay và chế độ tự động
Ta chọn chế độ Manu: Nhấn start sản phẩm bắt đầu đi ra khỏi máy sản xuất liên tục, khi cảm biến màu sắc bị tác động thì piston sẽ hoạt động đẩy sản phẩm xuống thùng chứa tương ứng với các giá trị mà đã lập trình Khi cảm biến màu sắc tác động, băng chuyền sau sẽ dừng lại để piston đẩy vật xuống thùng, khi vật được đẩy xuống, cảm biến phản xạ gương tác động thì băng tải tiếp tuc hoạt động đưa vật lên Counter 1, 2, 3 được đếm lên khi vật tác động vào cảm biến phản xạ quang Nhấn reset, cả 3 counter này sẽ trở về 0. Quá trình điều khiển này chạy liên tục khi ta tác động vào 2 cảm biến Khi ta nhấn nút stop hệ thống sẽ dừng lại
Nhấn nút Auto sản phẩm sẽ tự đi ra khỏi máy sản xuất vào hệ thống làm việc một cách tư động Không cần ta phải tác động vào cảm biến.
Kết quả nghiên cứu
Trong thời gian làm đồ án, em đã đạt được các kết quả như sau:
- Nghiên cứu sâu hơn về các dòng PLC đặc biệt là dòng S7 -1200.
- Nghiên cứu sử dụng được cảm biến màu sắc E3ZM-V.
- Nghiên cứu sư dụng được cảm biến phản xạ gương omron.
- Nghiên cứu được một số hệ thống phân loại sản phẩm.
- Nghiên cứu và thiết kế giao diện điều khiển giám sát Factory IO.
- Tìm hiểu và biết các sử dụng phần mềm lập trình PLC —TIA Portal.