ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TẢI

Hệ thống phân loại sản phẩm là một đề tài đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu. Hiện nay trong các nhà máy xí nghiệp có rất nhiều hệ thống hoàn thiện cả về chất lượng và thẩm mỹ. Với hệ thống tự động hóa này thì chúng ta có thể giảm thiểu nhân công đi kèm với giảm thiểu chi phí sản xuất.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: ỨNG DỤNG PLC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TẢI Hà Nội - 2018 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết nghiên cứu Các vấn đề đặt Ứng dụng Phương pháp nghiên cứu Kết đạt đề tài Phạm vi giới hạn CHƢƠNG 1: ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG 1.1 Tổng quan đếm phân loại sản phẩm 1.1.1 Đếm sản phẩm 1.1.2 Phân loại sản phẩm 1.2 Ứng dụng đếm phân loại sản phẩm băng tải 12 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐẾM SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TẢI 18 2.1 Phần khí 18 2.1.1 Động điện chiều 18 2.1.2 Hệ thống băng tải 20 2.2 Hệ thống điều khiển 23 2.2.1 Giới thiệu PLCS7-200 23 2.2.2 Cảm biến 26 2.2.3 Piston khí nén 28 2.2.4 Van điều khiển đảo chiều 34 2.2.5 Rơ le trung gian 36 2.2.6 LED ghi dịch 74HC595 37 2.2.7 Nút nhấn 41 CHƢƠNG 3: ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ BĂNG TẢI VÀ LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG 42 3.1 Điều khiển ổn định tốc độ băng tải 42 3.1.1 Hệ thống băng tải 43 3.1.2 Động điện chiều 44 3.1.2.2 Mơ hình tốn động điện chiều 45 3.1.2.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ có khâu phản hồi 47 3.2 Điều kiện phân loại sản phẩm 48 3.3 Chương trình điều khiển 51 3.4 Đếm sản phẩm 57 3.4 Kết nghiên cứu 57 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 59 Kết 59 Đánh giá 59 Nguyên nhân biện pháp khắc phục 60 Hướng phát triển 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc Hình 1.2: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao 10 Hình 1.3: Hệ thống phân loại sản phẩm theo hình dạng 11 Hình 1.4: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển PLC 13 Hình 2.1: Một số loại động thực tế 19 Hình 2.2: Cấu tạo động điện chiều 19 Hình 2.3: Cấu tạo chung băng tải 22 Hình 2.4: Các thành phần PLC 23 Hình 2.5: Cảm biến khoảng cách E3F-DS30C4 27 Hình 2.6: Cảm biến màu sắc TCS3200 27 Hình 2.7: Sơ đồ đấu chân cảm biến màu sắc TCS3200 với Arduino 28 Hình 2.8a: Xylanh tác động đơn 31 Hình 2.8b: Xylanh tác động kép 31 Hình 2.9: Xylanh khí nén tác động kép MAL 16X 100 32 Hình 2.10: Các ống nối với cửa xylanh van 32 Hình 2.11: Hệ thống khí nén 33 Hình 2.12: Cấu tạo nguyên lí hoạt động van điều khiển đảo chiều khí nén 34 Hình 2.13: Van điện từ AIRTAC 4V110-06 35 Hình 2.14: Cấu tạo rơle trung gian 36 Hình 2.15: Rơle Omron MY2N DC24 37 Hình 2.16: Led 38 Hình 2.17: Sơ đồ vị trí chân 39 Hình 2.18: Ghép nối qua ghi dịch LS74HC595 40 Hình 2.19: Nút nhấn 41 Hình 3.1 : Hệ thống băng tải 43 Hình 3.2 : Rulo chủ động 44 Hình 3.3: Rulo bị động 44 Hình 3.4: Dây đai 44 Hình 3.5: Sơ đồ khối hệ thống 45 Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc động điện chiều 46 Hình 3.7: Mơ hình mạch vòng tốc độ có mạch vòng dòng điện 47 Hình 3.7 Sơ đồ mạch nguyên lí 57 Hình 3.8 Mạch 3D 57 Hình 3.9 Mạch in 57 Hình 3.10 Mơ hình thực tế 58 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết nghiên cứu Trong kinh tế nay, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất đời sống ngày phổ biến Nhưng ứng dụng sáng tạo khoa học kỹ thuật thuờng áp dụng cho nhà máy có mơ hình sản xuất tiên tiến với quy mơ kinh doanh lớn Tuy nhiên, nhà máy, xí nghiệp nhỏ hay hợp tác xã nông thôn địa phương sản xuất theo mơ hình thủ cơng, chủ yếu dựa vào sức người lao động Do đó, chúng em định nghiên cứu đề tài “Ứng dụng PLC điều khiển tự động đếm phân loại sản phẩm băng tải” nhằm đưa việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào mơ hình sản xuất thơ sơ địa phương, mơ hình sản xuất nhỏ Bên cạnh mạch đếm sản phẩm thông thuờng, chúng em nghiên cứu thêm cách phân loại sản phẩm (phân loại sản phẩm theo màu sắc chiều cao) Chúng em sử dụng phân loại sản phẩm băng tải băng tải thiết bị phổ biến mơ hình sản xuất Đồng thời chúng em sử dụng PLC lập trình logic cơng nghiệp nhỏ gọn giá thành tương đối phù hợp Việc sử dụng mơ hình vào mơ hình sản xuất góp phần giúp người lao động bớt vất vả, đồng thời làm tăng chất luợng sản phẩm lợi nhuận kinh tế Trong trình sản xuất, dây chuyền đảm bảo sản phẩm đời tiêu chuẩn chiều cao, chủng loại, cân nặng Vì dây chuyền phân loại sản phẩm đời đáp ứng hiệu vấn đề khó khăn đặt Với nhiều tính ưu việt nhiên liệu đầu vào đưa vào khí nén hồn tồn an tồn thân thiện với mơi trường, phòng chống việc cháy nổ, tốc độ truyền nhanh với việc kết hợp với PLC lập trình logic cơng nghiệp Đặc trưng PLC việc sử dụng vi mạch để xử lí thơng tin ta thay đổi cơng nghệ, cải tạo dựa công nghệ phẩn mở rộng khơng thay tồn cơng nghệ Đó hoàn toàn kết hợp hay hiệu điện khí nén tự động Các vấn đề đặt Mục tiêu đặt nghiên cứu chế tạo: Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao có kiểu dáng nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, bảo trì, sửa chữa Để thiết kế cần thiết kế khí điều khiển động hệ thống hoạt động tự động dựa vào lập trình điều khiển PLC Ngồi có vấn đề khác là: vật liệu mơ hình, nguồn cung cấp, tính tốn thơng số chi tiết Các vấn đề cần giải là: - Vấn đề khí: phân tích tính tốn lựa chọn vật liệu, thơng số kỹ thuật chi tiết cho thỏa mãn yêu cầu đề tài: nhỏ, gọn, nhẹ, bền, có tính thẩm mỹ cao, dễ dàng lắp đặt sửa chữa - Vấn đề điều khiển: điều khiển hoàn toàn tự động - Vấn đề an toàn: đảm bảo an toàn cho người sử dụng sản phẩm không bị hỏng Ứng dụng Đề tài mà chúng em thiết kế có nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực vận chuyển sản phẩm, đếm sản phẩm phân loại sản phẩm Với hệ thống tự động hóa giảm thiểu nhân cơng kèm với giảm thiểu chi phí sản xuất Ngày khoa học cơng nghệ kỹ thuật phát triển tự động hóa góp phần lớn vào trình sản xuất thay sức lao động người Phƣơng pháp nghiên cứu Đề tài “ Ứng dụng PLC điều khiển tự động đếm phân loại sản phẩm băng tải” nhiều sinh viên trường nghiên cứu thực Mơ hình thiết kế, đưa vào sử dụng số nhà máy sản phẩm điện tử điển hình, nên trình làm đồ án, chúng em áp dụng phương pháp nghiên cứu: Sử dụng phương pháp phân tích nghiên cứu tài liệu kết hợp với tìm kiếm thơng tin Kết đạt đƣợc đề tài Đề tài sở quan trọng để giảng viên có điều kiện giới thiệu cách trực quan cho sinh viên nghiên cứu, tìm hiểu mơ hình dây chuyền sản xuất thực tế thực cách tự động hóa Bên cạnh mơ hình đáp ứng yêu cầu đào tạo thực hành trường điều kiện thực tế chưa cho phép sinh viên thực tế sở sản xuất Đề tài tài liệu tham khảo hữu ích cho bạn đồng nghiệp, bạn sinh viên cơng việc q trình học tập Phạm vi giới hạn Hệ thống phân loại sản phẩm đề tài nghiên cứu phát triển từ lâu Hiện nhà máy xí nghiệp có nhiều hệ thống hoàn thiện chất lượng thẩm mỹ Tuy nhiên, phạm vi đề tài nghiên cứu, với giới hạn kiến thức, thời gian kinh phí đề tài giới hạn bởi: - Kích thước: (Dài x Rộng x Cao) 104 x 27 x 30 (cm) - Hệ thống điều khiển: PLC hệ thống khí nén - Cơ cấu đẩy sản phẩm: Xylanh piston - Động truyền chuyển động: Động điện chiều - Hệ thống dẫn động: Băng chuyền - Điện áp cung cấp: Điện áp xoay chiều 220V điện áp chiều 24V CHƢƠNG 1: ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG 1.1 Tổng quan đếm phân loại sản phẩm Hệ thống phân loại sản phẩm hệ thống tự động bán tự động nhằm chia sản phẩm nhóm có thuộc tính với để thực đóng gói hay loại bỏ sản phẩm hỏng - Có nhiều cách phân loại hệ thống phân loại sản phẩm: + Dựa phương thức điều khiển chia hệ thống tự động hay bán tự động, có tham gia người hay không, mức độ đến đâu, điều khiển PLC, vi xử lí + Theo màu sắc : Màu sắc cảm biến nhận biết chuyển sang tín hiệu điện qua chuyển đổi ADC vi xử lí + Theo trọng lượng, hình dáng kích thước bên ngồi Ngồi nhiều cách phân loại khác tùy vào yêu cầu khác biệt phôi với Bên cạnh băng tải để vận chuyển sản phẩm yêu cầu cao đặt phải có hệ thống phân loại sản phẩm Còn nhiều dạng phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu nhà sản xuất : Phân loại sản phẩm theo kích thước, phân loại sản phẩm theo mã vạch, phân loại sản phẩm theo hình ảnh Vì có nhiều phương pháp phân loại khác nên có nhiều thuật tốn, hướng giải khác cho sản phẩm, đồng thời thuật toán đan xen, hỗ trợ Ví dụ muốn phân loại vải cần phân loại kích thước màu sắc, nước uống ( bia, nước ngọt) cần phân loại theo chiều cao, khối lượng, phân loại xe theo chiều dài, khối lượng, phân loại gạch granitr theo hình ảnh - Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang : sản phẩm chạy băng tải ngang qua cảm biến quang thứ chưa kích thích cảm biến quang thứ phân loại vật thấp sản phẩm qua cảm biến đồng thời phân loại vật cao - Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc sản phẩm cảm biến phân loại màu sắc đặt băng tải, sản phẩm ngang qua cảm biến nhận sản phẩm thuộc màu cửa phân loại tự động mở để sản phẩm phân loại - Phân loại sản phẩm dùng webcam: Sử dụng camera chụp lại sản phẩm chạy qua đưa cảnh so sánh với ảnh gốc Nếu giống cho sản phẩm qua, khơng loại sản phẩm 1.1.1 Đếm sản phẩm Ngày với phát triển ngành công nghiệp khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà kỹ thuật số đóng vao trò quan trọng lĩnh vực khoa học kỹ thuật, quản lí, cơng nghiệp tự động hóa, cung cấp thơng tin phải nắm bắt vận dụng cách có hiệu nhằm góp phần vào phát triển khoa học kỹ thuật giới nói chung phát triển kỹ thuật điện tử nói riêng Xuất phát từ đợt thực tế nhà máy tham quan doanh nghiệp sản xuất điện tử, chúng em thấy nhiều khâu tự động hóa q trình sản xuất.Một khâu đơn giản dây chuyền sản xuất tự động hóa số lượng sản phẩm làm đếm cách tự động Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa hồn tồn chưa áp dụng khâu đếm sản phẩm, đóng bao bì mà sử dụng nhân cơng Chúng ta sử dụng đếm tự động đếm tay nhiên đếm sản phẩm tự động giúp xác, nhanh chóng tiết kiệm nhân công 3.1.2.3 Tổng hợp mạch vòng tốc độ có khâu phản hồi Ta có sơ đồ mạch vòng tốc độ: Hình 3.7: Mơ hình mạch vòng tốc độ có mạch vòng dòng điện +) Đáp ứng dòng điện: 47 + Đáp ứng tốc độ Nhận xét: Khi có điều khiển mạch vòng dòng điện mạch vòng tốc độ sau khởi động khoảng 3s dòng điện tốc độ động dần ổn đinh Sau động nhận tải khoảng 5s tốc độ động dòng điện động đạt giá trị định mức với n=1200vòng/phút Vậy tốc độ động ổn định 1200 vòng/phút thơng qua hộp giảm tốc với Uh 10 qua truyền dây đai tốc độ rulo chủ động ổn định 80 vòng/phút Vậy vận tốc băng tải ổn định 0,125m/s 3.2 Điều kiện phân loại sản phẩm Với yêu cầu đề tài đếm phân loại sản phẩm, để đếm phân loại sản phẩm, chúng em sử dụng loại cảm biến là: cảm biến khoảng cách cảm biến màu Và phân loại sản phẩm theo: - Loại A: Đỏ thấp 3cm - Lọai B: Đỏ cao 5cm - Loại C: Xanh thấp 3cm - Loại D: Xanh cao 5cm Từ yêu cầu đề tài, chúng em thiết kế mô hình thực tế sau: 48 Trong đó: 1: Cảm biến màu sắc 2: Cảm biến khoảng cách, với cảm biến nhận biết sản phẩm cao 3cm, cảm biến nhận biết sản phẩm cao 5cm - Lập trình điều khiển phân loại sản phẩm theo màu sắc chiều cao 49 Ta có lưu đồ thuật tốn: End 50 3.3 Chƣơng trình điều khiển 51 52 53 54 55 56 3.4 Đếm sản phẩm Hình 3.7 Sơ đồ mạch nguyên lí Từ sơ đồ mạch nguyên lí, ta thấy: - Các đầu PLC dạng xung, có sản phẩm,tương ứng với đầu Q0.4, Q0.5, Q0.6, Q0.7 tương ứng với đầu vào Arduino - Khi vào Arduino, Arduino xử lí tín hiệu cách xung A,B,C,D cộng tương ứng số sản phẩm lên - Tổng sản phẩm tổng sản phẩm sản phẩm 3.4 Kết nghiên cứu Hình 3.8 Mạch 3D Hình 3.9 Mạch in 57 Hình 3.10 Mơ hình thực tế Trên sản phẩm nghiên cứu nhóm, với đề tài “Ứng dụng PLC điều khiển tự động đếm phân loại sản phẩm băng tải “ Sản phẩm đạt yêu cầu công nghệ đề tài: - Đã sử dụng PLC S7 – 200 để điều khiển hệ thống đếm phân loại sản phẩm tự động băng tải - Phân loại sản phẩm theo u cầu tốn - Mơ hình gọn gàng, có tính thẩm mĩ 58 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ Kết Sau trình nghiên cứu đề với đề tài: “Ứng dụng PLC điều khiển tự động đếm phân loại sản phẩm băng tải”, đến nhóm em hồn thành xong đồ án với kết thu cụ thể sau:  Phần kiến thức: - Tìm hiểu điều khiển lập trình PLC S7-200 - Tìm hiểu quy trình cơng nghệ băng chuyền phân loại sản phẩm - Tìm hiểu cảm biến quang - Tìm hiểu hệ thống điều khiển: xylanh tác động kép - Vận dụng phần mềm Autocad  Phần thiết kế : - Xây dựng sơ đồ khối - Xây dựng hệ thống khí - Xây dựng hệ thống điện - Xây dựng hệ thống khí nén Đánh giá Sau q trình nghiên cứu, thiết kế thi cơng, mơ hình hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao màu sắc chế tạo thành cơng Nhìn chung, hệ thống đáp ứng yêu cầu đề tài đặt ra, nhiên hệ thống số nhược điểm, cần phải khắc phục  Những ƣu điểm: - Thiết kế nhỏ gọn phù hợp với yêu cầu đề tài - Hệ thống điều khiển hoàn toàn tự động: Việc áp dụng cơng nghệ lập trình PLC đem lại cho mơ hình tính vượt trội điều khiển, tuổi thọ thiết bị nâng cao - Có thể thay đổi, tác động trực tiếp vào chương trình điều khiển mơ hình - Đơn giản thao tác, vận hành, sửa chữa bảo dưỡng - Hệ thống khí nén ổn định - Mơ hình hệ thống hoạt động an tồn 59 - Khả phân loại đếm sản phẩm hệ thống xác  Những nhƣợc điểm: - Tính thẩm mỹ chưa cao - Động chạy gây tiếng ồn - Giá thành PLC cao - Động chạy chưa ổn định Nguyên nhân biện pháp khắc phục a) Nguyên nhân Trong trình hoạt động hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao xuất nhiều lỗi khiến hệ thống làm việc gặp nhiều hạn chế: lỗi động cơ, bố trí phần tử chưa đạt thẩm mỹ cao Các lỗi nhiều nguyên nhân khách quan chủ quan gây nhìn chung số nguyên nhân sau: - Thiết kế khí chưa đạt độ ổn định cao rung lắc - Chưa có hệ thống ổn định q dòng - Cách bố trí phần tử chưa hợp lý b) Biện pháp khắc phục - Tối ưu hóa hệ thống khí cho hệ thống đảm bảo tạo thành khối liên kết chắn - Hoàn thiện hệ thống lý thuyết để đưa sản phẩm thực tiễn Hƣớng phát triển - Trong tương lai, mô hình hệ thống nghiên cứu sâu để đưa hệ thống vào ứng dụng thực tế ngành cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp tự động hóa nói riêng - Hệ thống phân loại nhiều sản phẩm với tiêu chí khác nhiều trường hợp Mong đề tài bạn sinh viên khóa sau tiếp tục thực yêu cầu khắc phục hạn chế đề tài này, để tạo hệ thống có chất lượng cao phục vụ cho sản xuất đời sống xã hội 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Bùi Quốc Khánh - TS Nguyễn Văn Liễn, “Truyền động điện” Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Năm 2005 [2] Th.S Lê Văn Tiến Dũng, “Điều khiển khí nén thủy lực” Nhà xuất Giáo Dục, Năm 2005 [3] Khoa Cơ khí - Bộ môn Cơ điện tử, “Cảm biến hệ thống đo” Trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội, Năm 2013 61 ... 1.1.1 Đếm sản phẩm 1.1.2 Phân loại sản phẩm 1.2 Ứng dụng đếm phân loại sản phẩm băng tải 12 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VÀ ĐẾM SẢN PHẨM TRÊN BĂNG TẢI ... điện áp chiều 24V CHƢƠNG 1: ĐẾM VÀ PHÂN LOẠI SẢN PHẨM TỰ ĐỘNG 1.1 Tổng quan đếm phân loại sản phẩm Hệ thống phân loại sản phẩm hệ thống tự động bán tự động nhằm chia sản phẩm nhóm có thuộc tính với... phân loại vật cao - Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc sản phẩm cảm biến phân loại màu sắc đặt băng tải, sản phẩm ngang qua cảm biến nhận sản phẩm thuộc màu cửa phân loại tự động mở để sản phẩm phân