Thiết kế và thi công mô hình phân loại trái cà phê sau thu hoạch theo màu sắc dùng PLS s7 1200

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI TRÁI CÀ PHÊ SAU THU HOẠCH THEO MÀU SẮC DÙNG PLC S7-1200 Giảng viên hướng dẫn : ThS Lê Thị Hường Sinh viên thực : Phạm Đỗ Tạo Mã số sinh viên : 56131888 Khánh Hòa - 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI TRÁI CÀ PHÊ SAU THU HOẠCH THEO MÀU SẮC DÙNG PLC S7-1200 GVHD: ThS Lê Thị Hường SVTH: Phạm Đỗ Tạo MSSV: 56131888 Khánh Hòa, tháng 7/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Khoa Điện – Điện tử PHIẾU THEO DÕI TIẾN ĐỘ VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỀ TÀI / KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP (Dùng cho CBHD nộp báo cáo ĐA/KLTN sinh viên) Tên đê tài: Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên hướng dẫn: ………………………………….………MSSV: Khóa: …………………… …… Ngành: Lần KT Ngày Nội dung Nhận xét GVHD Ngày kiềm tra: …………… ……… 10 11 12 13 Kiểm tra tiến độ Trưởng BM Đánh giá cơng việc hồn thành:…… %: Được tiếp tục: Khơng tiếp tục:  Ký tên 14 15 Nhận xét chung (sau sinh viên hoàn thành ĐA/KL): …………………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………….……………… …………………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………………….……… …………………………………………………………………………………………….……… Điểm hình thưc:……/10 Đồng ý cho sinh viên: Điểm nội dung: ./10 Được bảo vệ:  Điểm tổng kết:………/10 Khơng bảo vệ:  Khánh Hòa, ngày…….tháng…….năm……… Cán hướng dẫn (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích đồ án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu đồ án tơi tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chƣa đƣợc công bố nghiên cứu khác i LỜI CẢM ƠN Kính thƣa: - Ban giám hiệu trƣờng Đại học Nha Trang - Thầy cô môn khoa Điện – Điện tử - Cơng ty cổ phần khí H T Với lòng biết ơn vơ sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành từ đáy lòng đến q Thầy Cơ khoa Điện – Điện Tử nhƣ Thầy Cô trƣờng Đại học Nha Trang, dùng tri thức tâm huyết để truyền đạt cho chúng em vốn kiến thức quý báu suốt thời gian học tập trƣờng Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô Lê Thị Hƣờng tận tâm bảo hƣớng dẫn em qua buổi học, buổi nói chuyện, thảo luận nguyên cứu đề tài Nhờ có lời hƣớng dẫn dạy bảo đó, đồ án em hoàn thành cách tốt Em xin cảm ơn ban lãnh đạo công ty cổ phần khí H T – doanh nghiệp chuyên chế tạo dây chuyền chế biến cà phê đóng chân địa bàn tỉnh, tài trợ kinh phí để em đƣợc hồn thành mơ hình đồ án tốt nghiệp Với điều kiện thời gian nhƣ kinh nghiệm hạn chế sinh viên Đề tài khơng thể tránh đƣợc thiếu sót Em mong nhận đƣợc bảo, đóng góp ý kiến thầy để em có điều khiện bổ sung, nâng cao kiến thức phục vụ tốt công tác thực tế sau Em xin chân thành cảm ơn! Nha Trang, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực Phạm Đ Tạo ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI TRÁI CÀ PHÊ SAU THU HOẠCH THEO MÀU SẮC DÙNG S7-1200 Đề tài gồm phần chính: Chƣơng 1: Tổng quan xuất cà phê Việt Nam - Giá trị ngành xuất cà phê Việt Nam; - Thách thức cà phê Việt Nam thị trƣờng quốc tế; - Nguyên nhân, giải pháp định hƣớng cho ngành cà phê Việt Nam; Chƣơng 2: Tổng quan máy phân loại màu sắc - Nguyên lý làm việc máy tách màu gạo; - Tổng quát nguyên lý cảm biến quang điện; - Những cân nhắc lƣu ý lựa chọn cảm biến quang điện; Chƣơng 3: Giới thiệu PLC Simatic S7-1200, WinCC phần mềm TIA Portal (V13) - Giới thiệu PLC Simatic S7-1200; - Giới thiệu phần mềm TIA Portal (V13); - Các lệnh lập trình, kỹ thuật lập trình PLC; - Giới thiệu WinCC TIA Portal (V13); - Kết nối PC PLC Chƣơng 4: Thiết kế mơ hình sản phẩm - Các thiết bị sử dụng; - Tính tốn máng dẫn phơi; - Tính tốn nam châm điện; - Chƣơng trình điều khiển lập trình PLC WinCC iii MỤC LỤC CAM ĐOAN CỦA SINH VIÊN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG x GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ VÀ VIẾT TẮT xii MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ XUẤT KHẨU CÀ PHÊ CỦA VIỆT NAM 1.1 Giá trị ngành cà phê Việt Nam 1.2 Thách thức hạt cà phê Việt Nam thị trƣờng quốc tế 1.3 Nguyên nhân, giải pháp định hƣớng cho hạt cà phê Việt Nam 1.3.1 Nguyên nhân 1.3.2 Giải pháp định hƣớng cho hạt cà phê Việt Nam 1.3.2.1 Phƣơng pháp chế biến ảnh hƣởng nhiều đến chất lƣợng cà phê 1.3.2.2 Cần đầu tƣ vào công nghệ chế biến để tăng chất lƣợng giá trị CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÂN LOẠI MÀU SẮC 10 2.1 Nguyên lý làm việc máy tách màu gạo 10 2.2 Máy tách màu gạo DCSELAB 11 2.2.1 Thông số kĩ thuật 11 2.2.2 Khả ứng dụng 12 iv 2.2.3 Tính ƣu việt 12 2.3 Tổng quát nguyên lý cảm biến quang điện 12 2.3.1 Nguyên lý cảm biến quang điện 13 2.3.2 Những cân nhắc lƣu ý lựa chọn cảm biến màu sắc 14 CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200, WINCC VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL (V13) 17 3.1 Giới thiệu PLC SIMATIC S S7-1200 17 3.1.1 Giới thiệu chung 17 3.1.2 Đặc điểm điều khiển lập trình 17 3.1.3 Giới thiệu PLC S7-1200 18 3.1.3.1 Tổng quan PLC S7-1200 18 3.1.3.2 Các bảng tín hiệu 21 3.1.3.3 Các module tín hiệu 22 3.1.3.4 Các module truyền thông 22 3.2 Giới thiệu phần mềm TIA PORTAL (V13) 23 3.2.1 Tổng quan phần mềm TIA PORTAL (V13) 23 3.2.1.1 Tạo đề án 24 3.2.1.2 Thêm thiết bị vào đề án 24 3.2.1.3 Thêm module vào cấu hình 25 3.2.1.4 Cấu hình địa IP CPU S7-1200 27 3.2.2 Tải chƣơng trình xuống CPU 29 3.2.3 Giám sát thực chƣơng trình 30 3.2.4 Kỹ thuật lập trình 31 3.2.4.1 Vòng qt chƣơng trình 31 3.2.4.2 Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS 32 3.2.4.3 Hàm chức – FUNCTION 33 3.2.5 Tập lệnh lập trình 34 v 3.2.5.1 Bit logic 34 3.2.5.2 Sử dụng Timer 35 3.2.5.3 Sử dụng Counter 36 3.2.5.4 So sánh 37 3.2.5.5 Di chuyển MOVE 38 3.2.5.6 Lệnh toán học 39 3.3 Giới thiệu WinCC TIA PORTAL V13 40 3.3.1 Định nghĩa inCC 40 3.3.2 Gọi giao diện hình lập trình WinCC 41 CHƢƠNG GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SẢN PHẨM 42 4.1 Giới thiệu thiết bị sử dụng mơ hình 42 4.1.1 PLC Simatic S7-1200 42 4.1.2 Máng rung định lƣợng 42 4.1.3 Tính tốn máng dẫn phơi 44 4.1.3.1 Cấu tạo chung thiết kế hệ thống cấp phôi tự động 44 4.1.3.2 Chọn nam châm điện 48 4.1.4 Cơ cấu rung điện từ 48 4.1.4.1 Cơ cấu rung điện từ nhip 48 4.1.4.2 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp 49 4.1.5 Tính toán nam châm điện 50 4.1.5.1 Xác định tiết diện lõi thép nam châm điện 50 4.1.5.2 Xác định thông số cuộn dây 51 4.1.6 Van khí nén điện từ 52 4.1.7 Cảm biến màu sắc 53 4.1.8 Tủ điện điều khiển 54 4.1.4 Mơ hình phân loại hoàn thiện 54 vi Hình 4.7 Cơ cấu rung điện từ nhịp Cơ cấu rung điện từ nhịp cấu gồm nam châm điện đ xuất lực hướng Hành trình ngược lại phần cứng (nam châm điện) thực nhờ lực đàn hồi tích tụ thực hành trình thuận Như vậy, tần số dao động máng chứa so với tần số cấp điện tăng l n hai lần Hình 4.8 Tần số dao động 4.1.4.2 Cơ ấu rung đ ện từ hai nhịp Hình 4.9 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp 49 Cấu tạo gồm nam châm điện phần cứng chúng kết nối với Với kết cấu lực kéo nam châm điện tác dụng hai phía đối xứng không gây tải trọng bổ sung lên hệ thống đàn hồi Cơ cấu rung điện từ hai nhịp cấu hồn thiện chúng đảm bảo đối xứng đường cong thay đổi dòng điện, loại bỏ khả xuất sai số đảm bảo độ ổn định cấu nâng cao công suất hoạt động 4.1.5 í đ ện Trong phễu cấp phôi rung động Dẫn động cấu cấp phôi kiều đầu rung điện từ Thông dụng đầu rung điện từ chúng cho phép điều chỉnh vơ cấp suất cấp phơi Vì phần tính dẫn động cho phễu ta tính tốn dẫn động nam chân điện xoay chiều, có tần số 50 (Hz) tương ứng với 3000 (dao động/phút) Lực kích dao động ban đầu H = 310 (N) Lưc kéo nam châm điện P0 = 310 (N) Hiệu điện U = 220 (V) Cảm ứng điện từ B = 1T Vật liệu phần cảm thép sắt từ Lực kéo P0 nam châm điện cấp dòng điện hình sin cho cuộn dây viết biểu thức: P0 = H.sin ωt Với H: lực kích ban đầu » P0max = 310 (N) Hình 4.10 Nam châm điện 4.1.5.1 X định ti t diệ õ é Lực điện từ nam chân điện: F = 4.105.si.B2 đ ện (4.1) 50 Trong đ : si : tiết diện có ích phần lõi thép (m2) B = 0,8 ÷ 1,2 T: cảm ứng từ sinh cuộn dây (chọn B = T) F: lực điện từ Suy ra: si = (4.2) Tiết diện thực tế cần thiết: st = (4.3) Trong đ p = 0,8: hệ số điền kín lõi Từ (4.1) (4.2) (4.3): st = = 9,6875.10-4 (m2) Chọn giá trị thực tế 0,001 (m2) 4.1.5.2 X định thông số cuộn dây Công thức xác định từ thông qua lõi thép: θ = B.S Giả thiết bỏ qua điện áp rơi tr n điện trở dây quấn: E ≈ U Số vòng dây n xác định công thức: n = = = 1396 (vòng) Cơng suất sinh nhiệt Pa tính theo công thức: Pa = UI.cos𝜑 = Ra.I2 (4.4) Trong đ : - cos𝜑 : hệ số công suất - Ra : điện trở cuộn dây tính sau: Ra = Với : điện trở riêng đồng 0,0175 ( l0 : chiều dài vòng cuộn dây l0 = (7 + 7).2 = 28 (cm) 51 ) Ra = = 5,7 𝛺 = => Pa = UIcos𝜑 = Ra.I2 = 3,7.1,942 = 21,5 (w) Hình 4.11 Nam châm điện máng rung định lượng 4.1.6 V í é đ ện từ Hình 4.12 Van khí nén điện từ Van điện từ (solenoid valve) thiết bị điện đùng điểm kiểm sốt dòng chảy chất khí dựa vào nguy n l đ ng mở lực tác động cuộn dây điện từ Được vận hành điều chỉnh dòng điện Van điện từ khí nén c chế đ ng mở nhanh độ bền cao, hoạt động ổn định, tốn lượng, thiết kế nhỏ gọn, cấu tạo vô đơn giản Nhiệm vụ quan trọng cần thiết đ ng mở, phân chia, trộn dòng khí nén máy nén khí 52 Về nguy n l hoạt động van điện từ hoạt động theo nguyên lý chung sau: có cuộn điện đ c lõi sắt lò so nén vào lõi sắt Bình thường khơng c điện lò so ép vào lõi sắt, van trạng thái đ ng Nếu tiếp điện, tức cho dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường tác động làm hút lõi sắt ra, từ trường có lực đủ mạnh để thắng lò so, lúc van mở Hầu hết loại van điện từ thường đ ng (van điện từ phổ biến nhất) hoạt động dựa vào nguyên lí Nguyên lí hoạt động van điện từ thường mở hoạt động tr n nguy n lí tương tự 4.1.7 Cảm bi n màu sắc Hình 4.13 Cảm biến màu sắc - Là loại cảm biến ngõ dạng số; Nguồn cấp 24VDC; Setup màu sắc tùy chọn theo vật mẫu; Dây cáp dài mét giúp kết nối cảm biến trung tâm điều khiển; Tham khảo “Catalogo_Sensor_Color_Marcas_BC” 4.1.8 Tủ đ ệ đ ều khiển 53 Hình 4.14 Tủ điện điều khiển 4.1.4 M ệ Hình 4.15 Mơ hình phân loại hồn thiện 54 Ngun l hoạt động: Trái cà ph tươi chứa phễu Chọn “star” khởi động hệ thống cho phép cảm biến hoạt động Chọn “auto” cho phép máng rung hoạt động Khi phễu mở trái cà ph tươi rơi xuống máng rung nhờ khe hở c thể điều chỉnh nằm đáy phễu Trái cà ph tươi rơi xuống máng rung chia thành rãnh di chuyển nhờ máng rung c thể điều chỉnh độ rung Trái cà ph di chuyển đến vị trí cuối máng rung - nơi đặt cảm biến ngõ van khí nén Khi cảm biến phát trái c màu sắc cần loại bỏ PLC lệnh mở van khí nén đẩy vật cần loại bỏ ngồi, trái cà phê cần loại bỏ bắn dẫn vào khay chứa riêng Chọn “stop” tất đèn báo tắt dừng hệ thống Màn hình hiển thị hệ số rung máy Khi cảm biến phát hạt xanh PLC lệnh bắn đèn báo “hạt xanh” sáng màu xanh tính khối lượng hạt xanh loại bỏ hiển thị lên hình Khi cảm biến phát hạt đen PLC lệnh bắn đèn báo “hạt đen” sáng màu nâu tính khối lượng hạt đen loại bỏ hiển thị lên hình Có thể điều khiển hệ thống qua nút nhấn tủ điện tr n hình điều khiển giám sát WinCC 4.2 C ƣơ í mơ hình phân lo i trái cà phê theo màu ắ Network 1: Chọn STAR đèn báo RUN sáng Network 2: DEN RUN sáng cho phép cảm biến hoạt động 55 Network 3: Chọn AUTO cho phép MANG RUNG hoạt động Network 4: Đọc Anlog xác định hệ số rung Network 5: Cảm biến phát màu cần loại bỏ 56 Network 6: Tạo trễ cho van khí nén Network 7: Cho phép mở đ ng van khí nén bắn vật Network 8: Đếm số lượng trái cần loại bỏ Network 9: Đếm khối lượng trái cần loại bỏ 57 4.3 Đ ều khiển giám sát hệ thống phân lo i Hình 4.16 Gọi cổng IE, kết nối PC PLC 58 4.3.1 Màn hình Hình 4.17 Màn hình phần điều khiển giám sát hệ thống Chọn “màn hình điều khiển giám sát” hình điều điều khiển giám hiển thị Hình 4.19 Hình 4.18 Gọi hình điều khiển giám sát từ hình 59 4.3.2 M đ ều khiển giám sát hệ thống Hình 4.19 Màn hình điều khiển giám sát hệ thống - Chọn “star” đèn báo star sáng màu xanh, khởi động hệ thống cho phép cảm biến hoạt động - Chọn “auto” đèn báo auto sáng màu vàng cho phép máng rung hoạt động - Chọn “stop” tất đèn báo tắt dừng hệ thống - Màn hình hiển thị hệ số rung máy - Khi cảm biến phát hạt xanh PLC lệnh bắn đèn báo “hạt xanh” sáng màu xanh tính khối lượng hạt xanh loại bỏ hiển thị lên hình - Khi cảm biến phát hạt đen PLC lệnh bắn đèn báo “hạt đen” sáng màu nâu tính khối lượng hạt đen loại bỏ hiển thị lên hình Hình 4.20 Đồng nút nhấn WinCC lập trình PLC 60 CHƢƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sau thời gian tìm hiểu, nghiên cứu nhận giúp đỡ quý Thầy Cô Khoa Điện – Điện tử; bác, anh kỹ thuật cơng ty cổ phần khí H&T phòng ban li n quan đặc biệt Lê Thị Hường thầy Nguyễn Hoài Bão em hoàn thành Đồ án tốt nghiệp thời hạn với kết thu sau: - Hiểu rõ cấu trúc phần cứng, cấu trúc nhớ PLC S7-1200; - Hiểu rõ phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal tập lệnh điều khiển; - Hiểu rõ điều khiển giám sát WinCC - Hiểu rõ máy bắn màu hay máy tách màu; - Hiểu rõ phương pháp thi công đấu nối tủ điện; - Hiểu rõ trình bày đồ án tốt nghiệp, trình bày văn NCKH Trong trình thực đồ án kiến thức hạn chế nên chắn nhiều thiếu sót, mong q thầy cơ, anh chị bạn hướng dẫn g p th m để em rút kinh nghiệm hoàn thiện đồ án tốt ĐỀ XUẤ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Để đồ án phát triển ứng dụng vào thực tế ngồi kết đạt đồ án em xin đề xuất số ý kiến sau: - Nghiên cứu hướng phát triển ứng dụng công nghệ CCD camera để phân loại chất lượng nông sản (dựa tr n sở phân biệt màu sắc) Việt Nam xuất thị trường giới - Tăng cường hợp tác nhà trường doanh nghiệp để nắm bắt tình hình thực tế yêu cầu doanh nghiệp nâng cao chất lượng đào tạo Hợp tác nghiên cứu sản xuất thiết bị mới, cấp thiết, đại tiên tiến thời đại “cánh mạng 4.0” diễn đặc biệt lĩnh vực nông nghiệp 61 ÀI IỆ HAM KHẢO [1] SIEMENS, Simatic S7-1200 System Manual, 2011 [2] Trần Văn Định, Tự động hóa sản xuất, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật 2001 [3] Nguyễn Hoài Sơn Dao động kỹ thuật, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh [4] Võ Anh Duy, Cơ sở lý thuyết tính tốn máng rung, giảng môn Tự động h a trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh [5] Phan Cơng Bình, Nghiên cứu ảnh hưởng thơng số kỹ thuật thiết bị cấp rung đến suất, Luận văn Thạc sĩ chuy n ngành Chế tạo máy trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh 2009 [6] Các nguồn khác từ Internet 62 63 ... PLC S7 1200 42 Hình 4.2 Máng rung định lượng 43 Hình 4.3 Thi t kế mơ hình phân loại trái cà phê theo màu sắc 43 Hình 4.4 Mơ hình phân loại trái cà phê theo màu sắc. .. MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Công nhân phơi trái cà phê Hình 1.2 Phơi trái cà phê sau thu hoạch Hình 1.3 Nông dân thu hoạch cà phê Hình 2.1 Nguyên lý máy tách hạt màu. .. chọn đề tài “ ắ P C -1200 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Thi t kế thi cơng mơ hình phân loại trái cà ph sau thu hoạch theo màu sắc dùng PLC S7- 1200 điều khiển giám sát WinCC ĐỐI ƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU