MÔ HÌNH PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO màu sắc

Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ...). Mặt khác, nhờ công nghệ thông tin, công nghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiển khả trình PLC. Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phấm lớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế. Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường sử dụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động. Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đòi sống xã hội.

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay trong công nghiệp hiện đại hoá đất nước, yêu cầu ứng dụng tự độnghoá ngày càng cao vào trong đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tựđộng, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ ) Mặt khác, nhờ công nghệ thông tin, côngnghệ điện tử đã phát triển nhanh chóng làm xuất hiện một loại thiết bị điều khiểnkhả trình PLC

Để thực hiện công việc một cách khoa học nhằm đạt được số lượng sản phấmlớn, nhanh mà lại tiện lợi về kinh tế Các công ty, xí nghiệp sản xuất thường sửdụng công nghệ lập trình PLC sử dụng các loại phần mềm tự động Dây chuyềnsản xuất tự động PLC giảm sức lao động của công nhân mà sản xuất lại đạthiệu quả cao đáp ứng kịp thời cho đòi sống xã hội

Chính vì thế mà sau khi tìm hiểu kĩ và cuối cùng, chúng em quyết định chọn

đề tài : “ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC ” Với mô hình

này sẽ cho chúng ta hình dung một khía cạnh nhỏ trong lĩnh vực tự động hóa qua

đó cũng tư duy cho chúng ta về một hệ thống lớn, một băng chuyền được điềukhiển logic thông minh là như thế nào

Trong quá trình thực hiện nhóm chúng em gặp nhiều khó khăn do kiến thức

còn hạn hẹp , nhưng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Võ Tuấn , cuối cùng nhóm

chúng em cũng kịp hoàn thành đồ án được giao Do kinh nghiệm chưa nhiều nênkhông thể tránh khỏi sai sót rất mong được sự góp ý bổ sung của các thầy cô giáo

để đồ án được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN

Bên cạnh các công nghệ phân loại sản phẩm như màu sắc, tính chất vật liệu,theo kích thước…dần được tự động hóa theo một dây chuyền hiện đại nhằm đạtđược những mục đích sau:

+ Nâng cao độ chính xác và năng suất lao động

+ Giảm sự nặng nhọc cho người công nhân, tiết kiệm thời gian

Trước những yêu cầu thực tế đó, chúng em đã chọn và thiết kế mô hình phânloại sản phẩm theo màu sắc Trong việc thiết kế và chế tạo, tự động hóa được thểhiện qua 2 quá trình sau:

+ Tự động hóa đưa sản phẩm và thùng chứa vào vị trí định trước

+ Tự động hóa phân loại các sản phẩm theo các màu sắc khác nhau

1.1.2 Mục tiêu

1.1.2.1 Mục tiêu kinh tế

- Hệ thống tự động phân loại sản phẩm theo màu sắc khác nhau

- Năng suất làm vệc đạt hiệu quả cao

- Sản phẩm được chia là 3 màu cơ bản với dải tần khác nhau ( Đỏ ,Vàng , Xanh da trời )

- Tính toán và lựa chọn các cơ cấu

- Thiết kế kết cấu và xây dựng mô hình

- Lắp ráp mô hình và vận hành

1.1.4 Dự kiến kết quả đạt được

- Hoạt động đúng theo nguyên lý đặt ra

- Có thể phát triển thêm nhiều chức năng khác

1.2 Nguyên lý hoạt động

Khi nhấn nút START , thì động cơ kéo băng tải chuyển động , lần lượt đưa cácvật có màu sắc khác nhau chạy trên băng tải Khi vật đi qua cảm biến màu đượcgắn trên mô hình Nếu cảm biến phát hiện màu đỏ tác động thì sau một khoảng thờigian là 5s thì pittong 1 sẽ đẩy vật rớt xuống thùng chứa , nếu cảm biến phát hiệnmàu xanh tác động thì sau khoảng thời gian 3s thi pittong 2 sẽ đẩy vật rớt xuốngthùng chứa , nếu màu khác đi qua thì băng tải cho sản phẩm chạy đến khi rớt sảnphẩm xuống thùng chứa

Nhấn STOP thì hệ thống dừng hoạt động

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

CHO HỆ THỐNG

2.1 Thiết kê hệ thống băng tải

2.1.1 Giới thiệu chung

Băng tải ( hay còn gọi là băng truyền ) là thiết bị vận chuyển liên tục, cókhoảng cách vận chuyển lớn Được sử dụng rộng rãi ở các công trường xây dựng,

xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng và vật liệu chế tạo…Bao gồm băng tải PVC,băng tải cao xu, băng tải xích inox, băng tải xích nhựa, băng tải con lăn tự do, băng

tải con lăn có truyền động, băng tải đứng, băng tải nghiêng, băng tải từ, Gầu tải, Víttải Các loại băng tải này được sử dụng để vận chuyển vật liệu rời, vụn như cát sỏi,

đá, xi măng, sản phẩm trong các nghành công nghiệp chè, cà phê, hóa chất, dầy da,thực phẩm …và hàng đơn chiếc như hàng bao, hàng hộp, hòm, bưu kiện …

2.1.2 Ưu điểm băng tải

Cấu tạo đơn giản, bền, có khả năng vận chuyển rời và đơn chiếc theo cáchướng 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 dễdàng, làm việc tin cậy, năng suất cao và tiêu hao năng lượng so với máy vận chuyểnkhác không lớn lắm

Tuy vậy phạm vi sử dụng của băng tải bị hạn chế do độ dốc cho phép của băngtải không cao và không đi theo đường cong được

Hình 2.1 : Băng tải

2.1.3 Lựa chọn phương án

+ Đối với sản phẩm là chất lỏng ta dùng băng tải kênh dẫn

+ Đối với sản phẩm rời rạc thì ta dùng băng tải con lăn hoặc băng tải đai conlăn hoặc băng tải đai.

Trong hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc, băng tải có nhiệm vụ cungcấp sản phẩm và thùng chứa để phân loại Do yêu cầu là sản phẩm và thùng ởdạng rời rạc nên ta chọn phương án dùng băng tải đai là phù hợp với yêu cầuđặt ra

Ưu điểm khi dùng băng tải đai trong hệ thống:

- Sản phẩm, thùng được dẫn trực tiếp trên băng tải

- Tải trọng của băng tải không cần lớn

- Thiết kế dễ dàng, dễ thi công

- Vật liệu dễ tìm, giá thành rẻ

Nguyên lí hoạt động: Băng tải quay kéo con lăn chủ động thông qua bộ

truyền đai, khi đó Puli căng đai cũng được kéo quay theo cùng tốc độ với Pulitruyền động thông qua chuyển động của đai vải Hành trình của đai vai sẽ kéo theosản phẩm, thùng sản phẩm để tiến hành phân loại theo mục tiêu đặt ra

2.2 Lựa chọn động cơ cho băng tải

• Động cơ DC

Hình 2.2 : Động cơ gạt nước

+ Ưu điểm: giá thành rẻ, dễ điều khiển, moment xoắn lớn.

+ Nhược điểm: Đáp ứng chậm trong khi mạch điều khiển lại phức tạp.

• Động cơ bước

Hình 2.3 : Động cơ bước

+ Ưu điểm:Điều khiển vị trí tốc độ chính xác, không cần mạch phản

hồi, thướng sử dụng trong loại máy CRC

+Nhược điểm : giá thành cao , momen xoắn nhỏ

• Động cơ Servo

+ Ưu điểm : Có thể hoạt động ở tốc độ cao Nếu tải đặt vào động cơ

tăng thì bộ điều khiển sẽ tự tăng dòng đến cuộn dây động cơ giúp động cơ tiếp tụcquay, tránh được hiện tượng trượt bước

Hình 2.4 : Động cơ servo

Với yêu cầu của của băng tải là không đòi hỏi độ chính xác cao, tải trọng nhỏ,giá thành rẽ, dễ điều khiển ta chọn động cơ điện một chiều dễ dẫn động cho băng tải Động cơ được chọn yêu cầu phải có moment lớn do yêu cầu làm của băng tải

có tải trọng Và băng tải chuyển động với vận tốc nhỏ nên ta chọn động cơ có tốc

độ thấp nhưng phải đảm bảo yêu cầu về tốc độ cũng như tải Vì thế chọn động cơgạt nước là thích hợp nhất Động cơ gạt nước được thiết kế tích hợp bộ giảm tốc bên trong nên có thể tải trọng khá lớn

Động cơ gạt nước có thông số như sau: Điện áp 12V, Cống suất 50W, Sốvòng quay 1500/40rpm và Dòng 4.8A

2.3 Chọn bộ truyền dẫn cho động cơ

+ Các loại bộ truyền có khí thường gặp như:

+ Có thể truyền động giữa các trục cách xa nhau (<15m)

+ Làm việc êm, không gây ồn nhờ vào độ dẻo của đai nên có thểtruyền động với

- vận tốc lớn

+ Nhờ vào tính chất đàn hồi của đai nên tránh được dao động sinh ra do tảitrọng

- Thay đổi tác dụng lên cơ cấu.

+ Kết cấu và vận hành đơn giản

+ Nhờ vào sự trượt trơn của đai nên đề phòng sự qua tải xảy ra tren độngcơ

Hình 2.5: Bộ truyền đai

Bộ truyền đai thường dùng để truyền chuyển động giữa hai trục song song vàquay cùng chiều

Bộ truyền đai thường gồm 4 bộ phận chính: Bánh đai dẫn 1, bánh đai bị dẫn

2, dây đai và bộ phận căng đai

Nguyên lí làm việc của bộ truyền đai: Dây đai mắc căng trên hai bánh đai,

trên bề mặt tiếp xúc của dây đai và bánh đai có áp suất, có lực ma sát Lực ma sátcản trở chuyển động trượt tương đối giữa dây đai và bánh đai Do đó khi bánh dẫnquay sẽ kéo dây đai chuyển động và dây đai lại kéo bánh bị dẫn quay Như vậychuyển động đã được truyền từ bánh dẫn sang bánh bị dẫn nhờ lực ma sát giữadây đai và các bánh đai

2.4 Cơ cấu đẩy

- Dùng xilanh-Pittong thủy lực để đẩy

Hình 2.6 : Pittong

- Ưu điểm :

+ Tuổi thọ cao

+ Chịu qua tải tốt

+ Ít tiêu hao ma sát khi chuyển động +Êm ái, cơ cấu chấp hành nhẹ nhàng+ Thiết kế đảo chiều dễ dàng

Hình 2.7 : cảm biến màu TCS3200

- Thông số kỹ thuật

+ Điện áp cung cấp 2.7V đến 5.5 V

+ Chuyển đổi từ cường độ ánh sáng sang tần số với độ phân giải cao

+ Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra + Điện năng tiêu thụ thấp ,giao tiếp được với vi điều khiển

- Chức năng chân

+ S0, S1: Đầu vào chọn tỉ lệ tần số đầu ra

+ S2 , S3 : Đầu vào chọn kiểu photodiode

+ OE: Đầu vào cho phép xuất tần số ở chân out

+ OUT: Đầu ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc

+ TCS3200 có thể nhận biết được 3 màu cơ bản đỏ , xanh , xanh dương và

có 4 led trắng Các TCS3200 có thẻ phát hiện và đo lường gần như tất cảmàu sắc có thể nhìn thấy Ứng dụng bao gồm kiểm tra đọc dải , phân loạitheo màu sắc , cảm biến ánh sáng xung quanh và hiệu chuẩn , có 2 bộ lọcmàu sắc là bộ lọc màu đỏ , xanh dương hoặc màu xanh lá hoặc không có

bộ lọc rõ ràng Các bộ lọc của mỗi màu được phân bố đều khắp các mảng

để loại bỏ sai lệch vị trí giữa các điểm màu Bên trong là một bộ daođộng tạo đầu sóng vuông có tần số là tỉ lệ với cường độ màu sắc đã chọn

- Nguyên lý hoạt động :

+ Gồm 16 photodiode có thể lọc màu xanh dương , 16 photodiode có thểlọc màu đỏ , 16 photodiode có thể lọc màu xanh lá và 16 photodiode trắngkhông lọc Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau

và được đặt xen kẻ nhau nhằm mục đích chống nhiễu

Hình 2.8 + Việc lựa chọn photodiode thông qua 2 chân đầu vào S2 S3

+ Tần số đầu ra của linh kiện điện tử TCS3200 trong khoảng 2HZ

~500KHz Tần số đầu ra có dạng xung vuông với tần số khác nhau khimàu sắc khác nhau và cường độ sáng khác nhau

+ Ánh sáng trăng là hỗn hợp rất nhiều ánh sáng có bước sóng màu sắckhác nhau Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì Tại bề mặtvật thể sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng

2.6 Relay trung gian

Trong hệ thống điện tự động thì role là một thiết bị không thể thiếu Roleđược dùng để cấp nguồn cho hệ thống hoạt động thông qua tín hiệu đầu vào nhận

từ thiết bị điều khiển Ngoài ra role được dùng để tạo cực tính của dòng điện mộtchiều Vì vậy ứng dụng thực tế của role rất rộng rãi trong các hệ thống tự động

Hình 2.9+ Chân 1 và 2 là chân nhận tín hiệu điện từ thiết bị điều khiển

+ Chân 3 và 6 là 2 chân nối nguồn

+ Chân 4 và 8 là 2 tiếp điểm thường đóng

+ Chân 5 và 7 là 2 tiếp điểm thường hở

2.7 Van đảo chiều

Van đảo chiều có nhiện vụ điều khiển dòng năng lượng bằng cách đóng

mở hay thay đổi vị trí các cửa van để thay đổi hướng của dòng khí nén

Vị trí của nòng van được ký hiệu bằng các ô vuông liền nhau với các chữ cái

+ Cửa nối làm việc 2, 4, 6…A, B, C,…

+ Cửa xả khí 3, 5, 7….R, S, T…

+ Cửa nối tín hiệu điều khiển 12, 14….X, Y…

A B

Hình 2.10 : kí hiệu vẫn khíTrường hợp a: là cửa xả khí không có mối nối cho ống dẫn, còn cửa xả khí cómối nối cho ống dẫn khí là trường hợp b

Bên trong ô vuông của mỗi vị trí là các đường mũi tên biểu diễn hướngchuyển động của dòng khí nén qua van Khi dòng bị chặn thì được biểu diễn bằngdấu gạch ngang

Hinh2.11 : ký hiệu van đảo chiều Hoạt động: Khi chưa cấp khí vào cửa điều khiển 14, dưới tác dụng của lực lò

xo van hoạt động ở vị trí bên phải, lúc đó cửa số 1 thông với cửa số 2 và cửa 4thông với cửa 5, cửa số 3 bị chặn Khi ta cấp khí vào cửa điều khiển 14 van 5/2 đảo

2.8 Van tiết lưu

Hinh2.12 : Van tiết lưuVan tiết lưu có nhiệm vụ thay đổi lưu lượng dòng khí nén, có nghĩa là thay đổivận tốc của cơ cấu chấp hành

Nguyên lý làm việc của van tiết lưu là lưu lượng dòng chảy qua van phụthuộc vào sự thay đổi tiết diện

Van tiết lưu có tiết diện thay đổi: lưu lượng dòng chảy qua van thay đổi đượcnhờ vào một vít điều chỉnh làm thay đổi tiết diện của khe hở

2.9 Nút nhấn

Hình 2.13: Nút nhấn

Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường mở và thườngđóng và vỏ bảo vệ khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyền trạng thái và khikhông còn tác động, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.

Nút ấn thường đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn các loại nút

ấn thông dụng có dòng điện định mức là 5A, điện áp ổn định mức là 400V, tuổi thọđiện đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ cơ đến 1000000 đóng cắt Nút ấn màu đỏthường dùng để đóng máy, màu xanh để khởi động máy

2.10 Đèn báo

Hình 2.14 : Đèn báoĐèn báo hiệu có tác dụng báo hiệu tình trạng làm việc của hệ thống Trong hệthống ta thường sử dụng hai đèn báo chủ yếu:

+ Đèn xanh: hệ thống đang hoạt động, đèn này báo hiệu khi ta nhấn nútSTART

+ Đèn đỏ: dừng hoạt động của hệ thống, đèn này báo hiệu khi ta nhấn nútSTOP

CHƯƠNG III : GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-1200

3.1 Cấu hình phần cứng

PLC Step S7-1200 thuộc họ Simatic do hãng Siemens sản xuất Đây làloại PLC đa khối Cấu tạo cơ bản của loại PLC này là một đơn vị cơ bản (chỉ

đổ xử lý) sau đó ghép thêm các module mở rộng về phía bên phải, có cácmodule mở rộng tiêu chuẩn

Những module mở rộng này bao gồm những đơn vị chức năng mà

có thể là hợp lại cho phù hợp với những nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể

Trong đó: có các đèn báo

+ Đèn RUN: Báo chế độ PLC đang làm việc

+ Đèn STOP: Báo PLC dang ở chế độ dừng Công tắc chuyển đổi chế

độ

3.2 Phân loại PLC

PLC được phân loại như sau:

- Hãng sản xuất: Siiemens, Omron, Schneider, GE Fanuc,…

- Chiếm vị trí không gian nhỏ trong hệ thống, nhiều chức năng điều khiển.

- Tốc độ xử lí thời gian thực tương đối cao, công suất tiêu thụ nhỏ

- Có khả năng mở rộng só ngõ vào/ra khi mở rộng nhu cầu điều khiển bằngcách nối thêm các khối vào ra chức năng

- Dễ dàng điều khiển và giám sát từ máy rính

- Giá thành hợp lý tùy vào từng loại PLC

3.4 Nguyên lý hoạt động của PLC

Đơn vị sử lí trung tâm: CPU điều khiển các hoạt động bên trong PLC Bộ xử

lý sẽ đọc và kiểm tra chương trình được chứa trong bộ nhớ, sau đó sẽ thực hiện thứ

tự từng lệnh trong chương trình, sẽ đóng ngắt các đầu ra Các trạng thái ngõ ra ấyđược phát tới các thiết bị liên kết thực thi Và toàn bộ các hoạt động thực thi đó đềuphụ thuộc vào chương trình điều khiển được giữ trong bộ nhớ

3.5 Địa chỉ và gán địa chỉ

Trong PLC các bộ phận con gửi thông tin đến hoặc lấy thông tin đi đều phải

có địa chỉ để liên lạc Địa chỉ là con số hoặc tổ hợp các con số đi theo sau chữ cái.Chữ cái chỉ loại địa chỉ, con số hoặc tổ hợp con số chỉ số hiệu địa chỉ

Trong PLC có những bộ phận được gán địa chỉ đơn như bộ thời gian (T), bộđếm (C)… chỉ cầ một trong ba chữ cái đó kèm theo một số là đủ

Các địa chỉ đầu vào và đầu ra cùng với các module chức năng có cách gán địachỉ giống nhau Địa chỉ phụ thuộc vào vị trí gá của module trên panen Chổ giámodule

Pancn gọi là khe (Slot) các khe đều có đánh số, khe số 1 là khe đầu tiên của

và cứ thế tiếp tục

+ Khối tổ chức: Khối tổ chức quản lý chương trình điều khiển và tổ chức việcthực hiện chương trình.

+ Khối hàm FB: Khối hàm là loại khối đặt biệt dùng để lập trình các phầnchương trình điều khiển tái diễn thường xuyên hoặc đặt biệt phức tạp Có thể gántham số cho các khối đó và chúng có một nhóm lệnh mở rộng Người sử dụng cóthể tạo ra các khối hàm mới cho mình, có thể sử dụng các khối hàm sẵn có củaSIEMENS

+ Khối dữ liệu: có hai loại là :

- Khối dữ liệu dùng chung DB (Sllared Data Block): Khối dữ liệu dùng chunglưu trữ các dữ liệu chung cần thiết cho việc xử lý chương trình điều khiển

- Khối dữ liệu riêng DI (Instance Data Block): Khối dữ liệu dùng riêng lưu trữcác dữ liệu riêng cho một chương trình nào đó trong việc xử lí chương trình điềukhiển

3.6 Chương trình dùng trong mô hình