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

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI TRÁI CÀ PHÊ SAU THU HOẠCH THEO MÀU SẮC DÙNG S7-1200 Đề tài gồm 4 phần chính: Chương 1: Tổng quan về xuất khẩu

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 hiện : Phạm Đỗ Tạo

Mã số sinh viên : 56131888

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 và nộp cùng báo cáo ĐA/KLTN của sinh viên)

Tên đê tài:

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên được hướng dẫn: ……….………MSSV:

Khóa: ……… …… Ngành:

Lần KT Ngày Nội dung Nhận xét của GVHD 1 2 3 4 5 6 7 Kiểm tra giữa tiến độ của Trưởng BM Ngày kiềm tra: ……… ………

Đánh giá công việc hoàn thành:…… %: Ký tên Được tiếp tục:  Không tiếp tục: 

8

9

10

11

12

14

15

Nhận xét chung (sau khi sinh viên hoàn thành ĐA/KL):

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

……….………

Điểm hình thưc:……/10 Điểm nội dung: /10 Điểm tổng kết:………/10

Đồng ý cho sinh viên: Được bảo vệ:  Không được bảo vệ:  Khánh Hòa, ngày…….tháng…….năm………

Cán bộ hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi Các số liệu

sử dụng phân tích trong đồ án có nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong đồ án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực tiễn của Việt Nam Các kết quả này chƣa từng đƣợc công bố trong bất kì nghiên cứu nào khác

LỜI CẢM ƠN

Kính thưa:

- Ban giám hiệu trường Đại học Nha Trang

- Thầy cô bộ môn khoa Điện – Điện tử

- Công ty cổ phần cơ khí H T

Với tấm lòng biết ơn vô cùng sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất từ đáy lòng đến quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện Tử cũng như các Thầy Cô của trường Đại học Nha Trang, đã cùng dùng những tri thức và tâm huyết của mình để có thể truyền đạt cho chúng em trong vốn kiến thức quý báu suốt thời gian học tập tại trường

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn cô Lê Thị Hường đã tận tâm chỉ bảo hướng dẫn em qua từng buổi học, từng buổi nói chuyện, thảo luận nguyên cứu về đề tài Nhờ có những lời hướng dẫn dạy bảo đó, đồ án này của em đã hoàn thành một cách tốt nhất

Em xin cảm ơn ban lãnh đạo công ty cổ phần cơ khí H T – một doanh nghiệp chuyên chế tạo dây chuyền chế biến cà phê đóng chân trên địa bàn tỉnh, đã tài trợ kinh phí

để em được hoàn thành mô hình đồ án tốt nghiệp

Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên Đề tài này không thể tránh được những thiếu sót Em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để em có điều khiện bổ sung, nâng cao kiến thức của mình phục vụ tốt hơn trong công tác thực tế sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Nha Trang, ngày 3 tháng 7 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Phạm Đ Tạo

TÓM TẮT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đề tài:

THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH PHÂN LOẠI TRÁI CÀ PHÊ

SAU THU HOẠCH THEO MÀU SẮC DÙNG S7-1200

Đề tài gồm 4 phần chính:

Chương 1: Tổng quan về xuất khẩu cà phê của Việt Nam

- Giá trị ngành xuất khẩu cà phê của Việt Nam;

- Thách thức của cà phê Việt Nam trên thị trường quốc tế;

- Nguyên nhân, giải pháp và định hướng cho ngành cà phê Việt Nam;

Chương 2: Tổng quan về máy phân loại màu sắc

- Nguyên lý làm việc của máy tách màu gạo;

- Tổng quát nguyên lý cảm biến quang điện;

- Những cân nhắc và lưu ý khi lựa chọn cảm biến quang điện;

Chương 3: Giới thiệu về PLC Simatic S7-1200, WinCC và phần mềm TIA Portal

(V13)

- Giới thiệu về PLC Simatic S7-1200;

- Giới thiệu phần mềm TIA Portal (V13);

- Tính toán nam châm điện;

- Chương trình điều khiển lập trình PLC và WinCC

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

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XUẤT KHẨU CÀ PHÊ CỦA VIỆT NAM 3

1.1 Giá trị ngành cà phê Việt Nam 3

1.2 Thách thức của hạt cà phê Việt Nam trên thị trường quốc tế 3

1.3 Nguyên nhân, giải pháp và định hướng cho hạt cà phê Việt Nam 5

1.3.1 Nguyên nhân 5

1.3.2 Giải pháp và định hướng cho hạt cà phê Việt Nam 7

1.3.2.1 Phương pháp chế biến ảnh hưởng nhiều đến chất lượng cà phê 7

1.3.2.2 Cần đầu tư vào công nghệ chế biến để tăng chất lượng và giá trị 8

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÂN LOẠI MÀU SẮC 10

2.1 Nguyên lý làm việc của máy tách màu gạo 10

2.2 Máy tách màu gạo của DCSELAB 11

2.2.1 Thông số kĩ thuật 11

2.2.2 Khả năng ứng dụng 12

2.2.3 Tính năng ưu 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 và lưu ý khi lựa chọn cảm biến màu sắc 14

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200, WINCC VÀ PHẦN MỀM TIA PORTAL (V13) 17

3.1 Giới thiệu về PLC SIMATIC S S7-1200 17

3.1.1 Giới thiệu chung 17

3.1.2 Đặc điểm bộ điều khiển lập trình 17

3.1.3 Giới thiệu về PLC S7-1200 18

3.1.3.1 Tổng quan về 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 về phần mềm TIA PORTAL (V13) 23

3.2.1 Tổng quan về phần mềm TIA PORTAL (V13) 23

3.2.1.1 Tạo một đề án mới 24

3.2.1.2 Thêm thiết bị vào đề án 24

3.2.1.3 Thêm các module vào cấu hình 25

3.2.1.4 Cấu hình địa chỉ IP của CPU S7-1200 27

3.2.2 Tải chương trình xuống CPU 29

3.2.3 Giám sát và thực hiện chương trình 30

3.2.4 Kỹ thuật lập trình 31

3.2.4.1 Vòng quét chương trình 31

3.2.4.2 Khối tổ chức OB – OGANIZATION BLOCKS 32

3.2.4.3 Hàm chức năng – FUNCTION 33

3.2.5.1 Bit logic 34

3.2.5.2 Sử dụng bộ Timer 35

3.2.5.3 Sử dụng bộ 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 về WinCC trong TIA PORTAL V13 40

3.3.1 Định nghĩa inCC 40

3.3.2 Gọi giao diện màn hình lập trình WinCC 41

CHƯƠNG 4 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH SẢN PHẨM 42

4.1 Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong mô hình 42

4.1.1 PLC Simatic S7-1200 42

4.1.2 Máng rung định lượng 42

4.1.3 Tính toán máng dẫn phôi 44

4.1.3.1 Cấu tạo chung và thiết kế của 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 một 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 các 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 Mô hình phân loại hoàn thiện 54

4.2 Chương trình chính của mô hình phân loại trái cà phê theo màu sắc 55

4.3 Điều khiển giám sát hệ thống phân loại 58

4.3.1 Màn hình chính 59

4.3.2 Màn hình điều khiển giám sát hệ thống 60

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Công nhân phơi trái cà phê 4

Hình 1.2 Phơi trái cà phê sau thu hoạch 6

Hình 1.3 Nông dân thu hoạch cà phê 7

Hình 2.1 Nguyên lý máy tách hạt màu 10

Hình 2.2 Máy tách màu gạo của DCSELAB 12

Hình 2.3 Nguyên lý cảm biến quang điện 13

Hình 2.4 Ma trận photodiode 13

Hình 2.5 Cấu tạo cảm biến quang 14

Hình 3.1 Thành phần PLC S7-1200 19

Hình 3.2 Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200 22

Hình 3.3 Các module tín hiệu của PLC S7-1200 22

Hình 3.4 Các module truyền thông của PLC S7-1200 23

Hình 3.5 Kết cấu làm việc với TIA 23

Hình 3.6 Tạo một đề án mới 24

Hình 3.7 Gán thiết bị vào đề án 24

Hình 3.8 Chèn CPU vào cấu hình thiết bị 25

Hình 3.9 Device view của cấu hình phần cứng 25

Hình 3.10 Chèn module tín hiệu (SM) và kết quả sau khi chèn 26

Hình 3.11 Chèn bảng tín hiệu (SB) và kết quả sau khi chèn 26

Hình 3.12 Chèn các module truyền thông (CM) và kết quả sau khi chèn 27

Hình 3.13 Cài đặt địa chỉ IP cho PLC 28

Hình 3.14 Update địa chỉ IP của PLC 28

Hình 3.15 Hộp thoại “Online & diagnostics" 29

Hình 3.16 Nhập IP của PLC 29

Hình 3.17 Tải chương trình xuống PLC 29

Hình 3.18 Hiển thị các kết nối với PLC 30

Hình 3.19 Kết thúc quá trình tải xuống 30

Hình 3.20 Giám sát chương trình qua Monitor 30

Hình 3.21 Giám sát chương trình qua Go online 31

Hình 3.22 Cấu trúc lập trình 31

Hình 3.23 Tạo khối mã trong TIA Portal 32

Hình 3.24 Chèn các OB vào chương trình 32

Hình 3.25 Lệnh toán học 39

Hình 3.26 Gọi giao diện màn hình lập trình WinCC 41

Hình 4.1 PLC S7 1200 42

Hình 4.2 Máng rung định lượng 43

Hình 4.3 Thiết kế mô hình phân loại trái cà phê theo màu sắc 43

Hình 4.4 Mô hình phân loại trái cà phê theo màu sắc 45

Hình 4.5 Phân tích lực tác dụng 46

Hình 4.6 Phân tích lực tác dụng của máng rung định lượng 47

Hình 4.7 Cơ cấu rung điện từ một nhịp 49

Hình 4.8 Tần số dao động 49

Hình 4.9 Cơ cấu rung điện từ hai nhịp 49

Hình 4.10 Nam châm điện 40

Hình 4.11 Nam châm điện trong máng rung định lượng 52

Hình 4.12 Van khí nén điện từ 52

Hình 4.13 Cảm iến màu sắc 53

Hình 4.14 Tủ điện điều khiển 54

Hình 4.15 Mô hình phân loại hoàn thiện 54

Hình 4.16 Gọi cổng IE, kết nối PC và PLC 58

Hình 4.17 Màn hình chính của phần điều khiển giám sát hệ thống 59

Hình 4.18 Gọi màn hình điều khiển giám sát từ màn hình chính 59 Hình 4.19 Màn hình điều khiển giám sát hệ thống 60 Hình 4.20 Đồng bộ nút nhấn trên WinCC và PLC 60

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật các loại CPU 20

Bảng 3.2 Danh sách Module h trợ PLC 21

Bảng 3.3 Tập lệnh Bit logic 34

Bảng 3.4 Các tập lệnh Timer 35

Bảng 3.5 Các lệnh Counter 36

Bảng 3.6 Các lệnh so sánh 37

Bảng 3.7 Các lệnh di chuyển MOVE 38

Bảng 3.8 Trạng thái toán học 39

AFTA ASEAN Free Trade Area

LED Light Emitting Diode

SCADA Supervisory Control And Data Acquisition

CCD Charge Coupled Device

PLC: Programmable Logic Controller: Thiết bị điều khiển tự động

TIA Portal: Totally Integrated Automation Portal: Phần mềm tự động hóa tích

hợp

LAD: Ladder Diagram: Ngôn ngữ lập trình trực quan

FBD: Function Block Diagram: Ngôn ngữ lập trình logic

HMI: Human Machine Interface: Màn hình giao tiếp người dùng

DI: Digital Input: Đầu vào số

DO: Digital Output: Đầu ra số

AI: Analog Input: Đầu vào tương tự

SM: Modul tín hiệu

CM: Modul truyền thông

OB: Organization blocks

FC: Functions: hàm chức năng

FB: Functions Block: khối chức năng

DB: Data Block: khối dữ liệu

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ngày nay, cùng với sự phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, đất nước có những bước phát trển vượt bậc, nhu cầu đòi hỏi của con người rất lớn Đặc biệt là tự động hóa, ứng dụng trong hệ thống điều khiển tự động phục vụ những nhu cầu

và lợi ích của con người ngày càng nhiều

Sự phát triển nhanh chóng của kỹ thuật điện tử, các thiết bị điều khiển logic lập trình PLC (Programmable Logic Controller) đã xuất hiện thay thế các hệ thống điều khiển rơ

le Càng ngày PLC đã trở nên hoàn thiện và đa năng hơn Các PLC ngày nay không những có khả năng thay thế hoàn toàn các thiết bị điều khiển logic cổ điển, mà còn có khả năng thay thế các thiết bị điều khiển tương tự Các PLC được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp PLC c nhiều ưu điểm về điều khiển quản l kết nối thống nhất giữa các thiết bị với nhau Đáp ứng nhu cầu kiểm soát và điều khiển các thiết bị trong hệ thống hoạt động một cách đảm bảo và an toàn

Việt Nam là nước xuất khẩu cà phê lớn thứ hai trên thế giới về sản lượng cà phê nhân (sau Braxin) Đây là một trong năm mặt hàng nông nghiệp xuất khẩu có giá trị lớn hơn 1

tỷ USD của Việt Nam Tuy nhiên về chất lượng cà phê lại không đồng đều đặc biệt cà phê bị loại thải còn chiếm tỷ lệ cao trong tổng số cà phê bị loại thải của thế giới Điều này không những gây thiệt hại về kinh tế cho các doanh nghiệp xuất khẩu mà còn làm giảm

uy tín và sức cạnh tranh của cà phê Việt Nam trên thế giới nếu không có giải pháp khắc phục

Nhìn lại toàn bộ công nghệ sản xuất cà phê nhân sống hiện nay ở nước ta thì công nghệ chế biến đang là khâu yếu kém nhất nhưng lại thiếu sự chú ý từ tầm doanh nghiệp đến các tổ chức nghiên cứu hỗ trợ KH&CN đặc biệt là sự quan tâm của các tổ chức quản

l Nhà nước Cho đến nay, ngành cà phê vẫn chưa định hình được công nghệ chế biến cần thiết đến từng vùng và cơ sở sản xuất cơ sở vật chất chế biến không tương xứng với sản lượng quả tươi sản xuất hàng năm

Xuất phát từ nhu cầu đ cũng như muốn làm quen và tìm hiểu việc điều khiển, giám

ắ P C -1200”

2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Thiết kế và thi công mô hình phân loại trái cà ph sau thu hoạch theo màu sắc dùng

PLC S7-1200 điều khiển và giám sát WinCC

3 ĐỐI ƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đố ượng nghiên cứu:

- Nghiên cứu cấu trúc phần cứng, cấu trúc bộ nhớ của PLC S7-1200;

- Nghiên cứu phần mềm lập trình điều khiển TIA Portal và các tập lệnh điều khiển;

- Tìm hiểu về mô hình phân loại trái cà phê sau thu hoạch theo màu sắc;

- Lập trình PLC S7-1200 điều khiển và giám sát WinCC

Ph m vi nghiên cứu:

- Tìm hiểu về mô hình phân loại trái cà phê sau thu hoạch theo màu sắc;

- Tìm hiểu PLC S7-1200 và điều khiển giám sát WinCC;

- Tìm hiểu phần mềm lập trình TIA Portal (V13);

- Hoàn thiện mô hình phân loại trái cà phê sau thu hoạch theo màu sắc;

- Viết báo cáo kết luận và khuyến nghị

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

- Phương pháp nghi n cứu lý thuyết: Điều khiển lập trình dùng PLC S7-1200;

- Phương pháp nghi n cứu mô phỏng: Mô phỏng các hoạt động của chương trình

bằng phần mềm TIA Portal (V13);

- Phương pháp nghi n cứu thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo mô hình sản phẩm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ XUẤT KHẨU CÀ PHÊ CỦA VIỆT NAM 1.1 G ị V ệ N

- Việt Nam là nước sản xuất cà ph lớn thứ 2 thế giới số 1 thế giới về Robusta từng thời điểm;

- Sản lượng trung bình năm tr n 1 2 triệu tấn; cao điểm đạt 1 5 tới 1 7 triệu tấn;

- Tr n 95% cà ph được trồng tại Việt Nam là cà ph Robusta;

- Tr n 95% cà ph được trồng tại 5 tỉnh Tây Nguy n của Việt Nam;

- Khoảng 95% sản lượng cà ph nhân Việt Nam được xuất khẩu;

- Khoảng 5% – 8% là tỉ lệ ti u thụ cà ph nội địa của Việt Nam;

- Việt Nam xuất khẩu cà ph nhân tới hầu hết các nước tr n thế giới;

- Mỹ và Đức là hai quốc gia mua cà ph nhân Việt Nam nhiều nhất

uy tín và sức cạnh tranh của cà phê Việt Nam trên thế giới nếu không có giải pháp khắc phục

Tình trạng chế biến, cộng với công tác quản lý chất lượng sản phẩm của Nhà nước không theo kịp việc sản xuất và mở rộng diện tích xuất khẩu nên chất lượng sản phẩm có chiều hướng sút giảm Tình trạng hạt đen hạt lên men, hạt thối do độ ẩm cao và hạt vỡ pha lẫn với tạp chất khác dẫn đến chỉ ti u đánh giá ngoại quan cà phê của nước ta thấp, gây nhiều thiệt hại, nhất là trong kinh doanh xuất khẩu (mặc dù chất lượng thử nếm cà

ph nước ta cao hơn nhưng giá bán trong những niên vụ giữa thập kỷ 90 đến nay đều thua kém) Mặt khác do trình độ công nghiệp chế biến cà phê nhân sống thấp kém, chậm đổi mới nên tổn thất sau thu hoạch đang còn khá cao (theo đánh giá của nhiều chuyên gia trong ngành cà ph nước ta, tổn thất này không dưới 10%)

Thương buôn quốc tế hiểu rõ và tận dụng nhược điểm của Việt Nam để ép giá, cà phê cùng loại của Việt Nam so với Indonesia thấp hơn từ 50 tới 70 USD thậm chí 100 USD một tấn tuỳ thời điểm Với cách mua này, hạt cà phê Việt Nam được phân loại theo độ ẩm

và tỷ lệ phần trăm hạt đen vỡ, trong khi Việt Nam đã có tiêu chuẩn quốc gia về cà phê theo thông lệ quốc tế mang tên TCVN 4193: 2005, phân loại cà phê theo khuyết tật, thí dụ không lẫn hạt không có hạt mốc hư không vi phạm vệ sinh an toàn thực phẩm

Do thuận mua vừa bán hay đúng hơn người mua chỉ muốn mua theo cách do họ chọn lựa với giá rẻ Chính vì vậy cà phê Việt Nam xấu nhất thế giới, những số liệu mà Bộ NN

&PTNT đưa l n mạng làm nhiều người giật mình: niên vụ 2006-2007 sàn giao dịch cà phê quốc tế ở Luân Đôn thải loại hơn 700 ngàn bao cà ph kém phẩm, gần 90% trong số này tương đương 630 ngàn tấn là cà phê Việt Nam

Ngoài ra Việt Nam cũng như nhiều quốc gia đang phát triển khác, chỉ lên tới đỉnh cao thế giới ở vai trò nước xuất khẩu nông sản dạng thô Trước đ trong ni n vụ 2005-2006,

tổ chức cà phê thế giới ICO cho biết khoảng 1, 5 triệu bao cà phê mỗi bao 60kg đã bị thải loại ngay tại cảng ở 10 cảng châu Âu Lượng cà phê phải vứt bỏ vừa nói xuất xứ từ 17 nước và vùng lãnh thổ, tuy nhiên có tới 1 triệu bao tương đương 60 ngàn tấn là của Việt Nam

Chất lượng cà phê xuất khẩu lại không đồng đều, nghiêm trọng hơn số lượng cà phê xuất khẩu bị thải loại chiếm tỷ lệ cao nhất thế giới Tuy nhiên, trong thực tế, các doanh

Hình 1.1 Công nhân phơi trái cà phê

nghiệp thu mua cà phê xuất khẩu mua cà ph chín hay chưa chín đều cùng một giá Từ trước đến nay, chúng ta vẫn luôn cho rằng, giá trị ngành cà phê Việt Nam đạt thấp là do chủ yếu xuất khẩu sản phẩm thô, cà phê chế biến sâu chỉ đạt chưa đầy 10% giá trị xuất khẩu Tuy nhiên, nhìn nhận như vậy cũng chưa thật chính xác, bởi lẽ, dù xuất khẩu thô nhưng nếu chất lượng nhân cao thì mức giá chắc chắn không thấp và không lo thiếu thị trường

1.3 Nguyên nhân, giả đị ƣớng cho h t cà phê Việt Nam

1.3.1 Nguyên nhân

Mặc dù cà phê xuất khẩu của Việt Nam có khối lượng lớn trong đ chủ yếu là cà phê Robusta nhưng chất lượng cà phê xuất khẩu của Việt Nam chưa đồng đều đặc biệt số lượng cà phê xuất khẩu bị thải loại còn chiếm tỷ lệ cao (hơn 80%) trong tổng số cà phê xuất khẩu bị thải loại của thế giới Một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng cà phê nhân xuất khẩu như kỹ thuật trồng trọt và thu hái chưa tốt, tình trạng thu hái đồng loạt cả quả xanh, quả non còn khá phổ biến; cơ sở vật chất phục vụ sơ chế bảo quản

cà phê còn thiếu thốn; cơ chế giá thu mua cà ph tươi chưa khuyến khích người sản xuất quan tâm đến chất lượng, nhất là khâu thu hoạch phơi sấy, phân loại Mặt khác hầu hết cà phê của Việt Nam hiện nay dựa trên sự thỏa thuận giữa bên mua và bên bán; việc phân loại chất lượng theo tỷ lệ hạt đen hạt vỡ là cách phân loại đơn giản và lạc hậu mà hầu hết các nước xuất khẩu cà phê trên thế giới không còn áp dụng Đây là l do các nhà nhập khẩu đánh tụt cấp chất lượng của các lô hàng và làm giảm uy tín chất lượng chung của cà phê Việt Nam

Những năm trước đây do sợ mất cắp n n các vườn cà phê có tỷ lệ quả chín mới đạt khoảng 60%, các nông hộ đã thu hoạch bằng hình thức tuốt cành đại trà (quả cà phê chín lẫn quả xanh non) Mặt khác phương thức thu mua của các đại l cũng chưa khuyến khích được các nông hộ sản xuất cà phê phân loại thu hái quả chín vì giá bán sản phẩm cà phê quả chín và quả xanh không có sự khác biệt nhiều Với hình thức thu hoạch này, các nông hộ không những tự mình gây thiệt hại lớn về kinh tế, thất thoát sau thu hoạch (từ 10% trở lên) mà còn làm giảm chất lượng sản phẩm cà phê nhân xuất khẩu

Quả cà phê phải chín mới lấy được cái nhân tốt nhưng họ hái quả chín quả xanh luôn một lần Khi phơi thì phơi ngay tr n sân tr n đường, con vịt con gà đi qua…những thứ đ làm cho mất cái phẩm chất rất thơm ngon của cà phê Việt Nam cạnh tranh tr n trường

quốc tế Đi hái cà ph khổ một nỗi không c công lao động, khi quyết định hái là người ta

hái cùng một loạt rõ ràng như thế không đạt phẩm chất Nhưng cũng c những kh khăn phức tạp, khi một lô quả chín được hái họ cũng phải hái luôn lô còn xanh vì nếu không sẽ không c người canh gác Còn về khâu sau thu hoạch thuộc về các đại gia doanh nghiệp

sơ chế và xuất khẩu

Hiện nay, hầu hết nông dân Tây Nguy n phơi cà ph tr n nền sân, dựa hoàn toàn vào thời tiết, cho nên nếu không đủ nắng thì hạt dễ bị đen mà gặp mưa thì dễ mốc Chính vì vậy khi bán chất lượng không bảo đảm Công ty cũng không dám mua giá cao vì biết rõ mình xuất đi cũng không được giá Đ là chưa kể đến hiện tượng người dân thường không thu hoạch theo phương pháp lựa quả chín mà đánh đồng, thu hoạch lẫn cả quả xanh

để đỡ tốn chi phí thuê nhân công Chính vì vậy, hạt không đồng đều, dễ vỡ sau khi phơi sấy, khiến cà phê nhân mất giá Tất nhi n để hoàn thiện khâu sau thu hoạch thì cần đầu tư máy móc, công nghệ Đối với người nông dân, việc đầu tư không đơn giản bởi cần số tiền tương đối lớn Với doanh nghiệp, nhờ c máy tách đá máy bắn hạt đen máy đánh b ng hạt cho nên có thể phân loại được cà phê nhân bán theo từng mức giá Nhưng ngay từ khâu sau thu hoạch của người nông dân, chất lượng cà ph đã không cao thì doanh nghiệp cũng không thể làm chủ được giá khi bán cho các nhà nhập khẩu

Hình 1.2 Phơi trái cà phê sau thu hoạch

Rất may xuất khẩu cà phê của Việt Nam là thuận mua vừa bán, không có chuyện trả

về như một số thông tin lầm tưởng Điểm đáng n i ở đây dù phải “vứt bỏ” nhiều đến thế

mà các nhà buôn vẫn muốn mua theo thể thức không áp dụng tiêu chuẩn quốc gia của Việt Nam Và cách mua này dẫn tới việc nông dân tiếp tục hái quả non cho lợi thời gian

và tránh nạn hái trộm cà phê

Máy móc, thiết bị sơ chế của người dân còn lạc hậu, cộng với nguyên liệu thu hoạch không đáp ứng đủ tiêu chuẩn về độ chín, tạp chất dẫn đến chất lượng cà phê còn thấp Nhìn chung, công nghiệp chế biến cà phê nhân trong cả nước đang còn rất phân tán và khá tùy tiện Trừ một số đơn vị quốc doanh và công ty xuất khẩu có trang bị xưởng chế biến quy mô vừa tr n 80% lượng cà ph làm ra được chế biến trong các hộ gia đình bằng những công nghệ giản đơn phơi khô tự nhiên, xay xát bằng những máy không đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật nên chất lượng còn thấp

1.3.2 Giả đị ƣớng cho h t cà phê Việt Nam

1.3.2.1 P ƣơ bi n ả ƣởng nhiề đ n chấ ƣợng cà phê

Năng lực công nghệ của ngành được quyết định bởi khả năng của các doanh nghiệp Cuộc điều tra năng lực công nghệ của ngành cà ph thuộc dự án điều tra năng lực một số ngành kỹ thuật đã cho thấy: nhìn tổng quát trình độ công nghệ của các doanh nghiệp sản xuất kinh doanh chế biến ngành cà ph đã lạc hậu từ 2 đến 3 thế hệ chưa đạt được trình

độ khu vực sản phẩm c chất lượng thấp chưa đủ sức cạnh tranh với sản phẩm của các doanh nghiệp nước ngoài

Hình 1.3 Nông dân thu hoạch cà phê

Trong các thành phần tạo ra năng lực công nghệ của các doanh nghiệp yếu nhất là năng lực đổi mới Tồn tại này c nhiều nguy n nhân, song cơ bản là chưa c những cơ quan nghi n cứu tư vấn hỗ trợ cho doanh nghiệp về công nghệ chưa thực hiện được những nội dung nghi n cứu mà họ mong đợi và chưa c được những năng lực thực sự để triển khai những nội dung đổi mới cần phải làm

Để tách được nhân quả khô quy trình chế biến được áp dụng phổ biến là dùng các máy xát b c vỏ quả khô để c cà ph nhân dạng này ngoài các cơ sở mang tính sản xuất gia đình còn c một số cơ sở nhỏ xát thu đảm nhận số lớn sản phẩm cà ph tư nhân những cơ sở này thường c quy mô từ một đến vài ba trăm tấn mỗi năm

Ngoài hệ thống sơ chế chế biến quả tươi và khô tại nhiều địa phương đã xây dựng những cơ sở tái chế cà ph nhân sống với các hệ thống sấy bổ sung làm sạch phân loại đánh b ng loại bỏ hạt lép hạt đen… nhằm cải thiện chất lượng cà ph nhân xuất khẩu song số này không nhiều mới c ở các thành phố lớn một số vùng nguy n liệu tập trung

và cơ sở li n doanh với nước ngoài (hệ thống máy chọn màu loại hạt đen mới chỉ c ở 3

cơ sở tái chế cà ph nhân ở Đăklăk; hệ thống máy sấy và sàng phân loại hạt mới được trang bị trong các cơ sở sản xuất quy mô lớn và các công ty xuất khẩu trực tiếp cà ph …) Đại bộ phận công việc tuyển chọn hạt cà ph còn dùng lao động thủ công với năng suất thấp và chất lượng còn nhiều hạn chế

Nhìn chung do đầu tư thiếu đồng bộ thiết bị lạc hậu cũ nát Mặt khác công nghiệp trong nước lại thiếu quan tâm n n chế biến đang còn là một khâu yếu kém nhất trong sản xuất cà ph ở Việt Nam

1.3.2.2 Cầ đầ ƣ ệ ch bi để ă ấ ƣợng và giá trị

Nhìn lại toàn bộ công nghệ sản xuất cà ph nhân sống hiện nay ở nước ta thì công nghệ chế biến đang là khâu yếu kém nhất nhưng lại thiếu sự chú từ tầm doanh nghiệp đến các tổ chức nghi n cứu hỗ trợ KH&CN đặc biệt là sự quan tâm của các tổ chức quản

l Nhà nước Cho đến nay ngành cà ph vẫn chưa định hình được công nghệ chế biến cần thiết đến từng vùng và cơ sở sản xuất cơ sở vật chất chế biến không tương xứng với sản lượng quả tươi sản xuất hàng năm Các doanh nghiệp và các hộ gia đình vẫn chỉ đầu tư mạnh vào việc mở rộng diện tích sản xuất cà ph nhưng lại chưa chú đúng mức đến

công nghệ chế biến để rồi phải bán quả xô (sau khi xay cà ph quả khô ta thu được cà

ph nhân và vỏ th c cà ph các nhân cà ph này được gọi là cà ph xô vì chưa được phân loại)

Dễ dàng nhận thấy là công nghệ chế biến cà ph đã không theo kịp sự phát triển nhanh quá mức của việc mở rộng diện tích gieo trồng hạn chế này đã gây thiệt hại không nhỏ và lâu dài cho người sản xuất đặc biệt là đối với nâng cao năng lực cạnh tranh của sản phẩm

cà ph Từ đây phát triển công nghiệp chế biến cần được coi là nhiệm vụ quan trọng trong tiến trình cải thiện nâng cao chất lượng sản phẩm và g p phần để ngành cà ph Việt Nam đủ điều kiện tham gia thực hiện đầy đủ những quy định của AFTA trong thời gian tới Để làm việc này ngoài những nội dung cần thiết để nâng cao năng lực chế biến thiết nghĩ việc không kém phần cấp bách là sớm hình thành một số xí nghiệp chế tạo thiết bị

ti n tiến chế biến cà ph để cung ứng đủ máy m c và thiết bị chuy n dùng cần thiết cho ngành cà ph nước ta

Cũng như nhiều loại nông sản khác việc phát triển ngành cà ph đang dang dở ở tất cả các khâu từ sản xuất chế biến đến ti u thụ Từ trước nay chúng ta vẫn luôn cho rằng giá trị ngành hàng cà ph Việt Nam đạt thấp là do chủ yếu xuất khẩu sản phẩm thô cà phê chế biến sâu chỉ đạt chưa đầy 10% giá trị xuất khẩu Tuy nhi n nhìn nhận như vậy cũng chưa thật chính xác bởi lẽ dù xuất khẩu thô nhưng nếu chất lượng nhân cao thì mức giá chắc chắn không thấp và không lo thiếu thị trường Theo ông Nguyễn Tiến Dũng Trưởng phòng Dự án cà ph bền vững (Công ty TNHH MTV Xuất nhập khẩu 2-9 DakLak) thì: Các đối tác nhập khẩu cà ph nhân của nước ta cũng tính mức giá dựa tr n chất lượng cà

ph hạt thô như độ b ng sự đồng đều không đen mốc… Nhưng ngay cả những yếu tố

cơ bản đ chúng ta cũng làm chưa tốt cụ thể là khâu chế biến sơ ngay sau thu hoạch là hái, phân loại phơi sấy

Như vậy có thể thấy rằng, tiếng là nước xuất khẩu cà phê thứ hai thế giới, công nghệ sản xuất cà phê của Việt Nam lại lạc hậu và cần phải được nâng cao hơn nữa để làm tăng chất lượng cũng như khả năng cạnh tranh của sản phẩm

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÂN LOẠI MÀU SẮC

2.1 Nguyên lý làm việc của máy tách màu g o

Nguyên tắc làm việc cơ bản của máy tách màu gạo là sự khác biệt màu sắc giữa gạo tốt và gạo xấu (không mong muốn) Trước hết, máy tách màu sẽ chuyển đổi các tín hiệu hình ảnh thành tín hiệu điện tử bằng thông tin từ cảm biến và yếu tố phức tạp khác sau đ

do có sự khác biệt giữa các hạt gạo tốt và các hạt gạo xấu nên kết quả tương ứng là cũng

có một sự khác biệt về tín hiệu điện tử giữa các hạt gạo tốt và các hạt gạo xấu Người sử dụng có thể điều chỉnh mức độ tín hiệu điện tử là "an toàn" đối với các hạt gạo tốt và các hạt gạo xấu khác là "nguy hiểm" Khi một hạt gạo đi qua máy tách màu, nếu tín hiệu điện

tử nhận được là "an toàn", không có gì xảy ra và gạo tốt sẽ chảy xuống khay chứa gạo tốt, nhưng nếu tín hiệu điện tử nhận được là "nguy hiểm", bộ súng bắn khí sẽ được khởi động

để thổi bay các hạt gạo xấu hoặc không mong muốn

Gạo được chứa trong phễu chứa (Material Hopper), các bộ rung định lượng (Vibratory Feeder) sẽ đưa các dòng gạo vào các máng trượt (Chute) một cách đều đặn Khi hạt gạo được đưa đến khu vực của cảm biến (Sensors) thường là các CCD camera hoặc cảm biến

Hình 2.1 Nguyên lý máy tách hạt màu

màu, hạt gạo được chiếu sáng bởi các đèn (Lamps) thường là đèn công nghệ LED tuổi thọ cao, dựa trên sự khác nhau về màu sác của hạt gạo tốt (ví dụ có màu vàng) với hạt gạo xấu (ví dụ có màu nâu), tín hiệu điện tử từ các cảm biến (Sensors) sẽ truyền về bộ xử lý tín hiệu (Signal Processor), nếu tín hiệu điện tử nhận được là "nguy hiểm", bộ xử lý tín hiệu (Signal Processor) sẽ gửi lệnh tới bộ súng bắn khí (Ejector) và bộ súng bắn khí (Ejector) sẽ được khởi động để thổi bay các hạt gạo xấu bằng dòng khí nén được cung cấp bởi máy nén khí (Compressed Air) Kết quả cuối cùng là hạt gạo tốt sẽ rơi xuống khay chứa Accepts và các hạt gạo xấu sẽ bị thổi sang khay chứa Rejects

2.2 M y ủ DC E AB

Máy tách màu gạo của DCSELAB (phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia điều khiển

số và kĩ thuật hệ thống - trường Đại học Bách Khoa Đại học quốc gia TP HCM) là thiết bị nằm trong công đoạn cuối của dây chuyền chế biến gạo chất lượng cao Sản phẩm ứng dụng kỹ thuật ti n tiến nhất hiện nay sử dụng cảm biến nhận dạng hình ảnh với chức năng xử l tín hiệu kỹ thuật số tốc độ cao

Đây là một trong những kết quả nghi n cứu nổi bật trong năm 2013 mà DCSELAB đã chế tạo thành công theo đơn đặt hàng từ Công ty CP Cơ khí chế tạo máy Long An (LAMICO)

- Camera bố trí trong không gian trước và sau máy giúp nhận dạng gạo lỗi chính xác theo hai mặt của hạt gạo

2.2.2 K ả ă ứ ụ

Máy tách màu gạo là một thiết bị không thể thiếu trong dây chuyền chế biến gạo hiện đại nhằm tự động h a quá trình chọn lựa phân loại những hạt chất lượng kém ra khỏi thành phẩm cho ra những hạt gạo đạt ti u chuẩn về chất lượng

2.2.3 í ă ƣ ệ

- Năng suất máy cao hoạt động ổn định đảm bảo như thiết kế;

- Mạch điều khiển c độ chính xác cao;

- Chất lượng đạt ti u chuẩn quốc tế;

- Sản phẩm nội địa h a 100%;

- Giá thành cạnh tranh so với các sản phẩm ngoại nhập;

- Dễ vận hành và vệ sinh;

- Bảo hành bảo trì nhanh ch ng thuận lợi và tiết kiệm;

- Hỗ trợ tư vấn và thiết kế theo y u cầu của từng doanh nghiệp

2.3 Tổng quát nguyên lý cảm bi q đ ện

Hình 2.2 Máy tách màu gạo của DCSELAB

2.3.1 Nguyên lý cảm bi q đ ện

Khối đầu ti n là mảng ma trận 8x8 (TCS3200) gồm các photodiode Bao gồm 16 photodiode c thể lọc màu sắc xanh dương (Blue) 16 photodiode c thể lọc màu đỏ (Red) 16 photodiode c thể lọc màu xanh lá (Green) và 16 photodiode trắng không lọc (Clear) Tất cả photodiode cùng màu được kết nối song song với nhau, và được đặt xen kẽ nhau nhằm mục đích chống nhiễu Bản chất của 4 loại photodiode tr n như là các bộ lọc ánh sáng có màu sắc khác nhau C nghĩa n chỉ tiếp nhận các ánh sáng c cùng màu với loại photodiode tương ứng và không tiếp nhận các ánh sáng c màu sắc khác

Khối thứ 2 là bộ chuyển đổi dòng điện từ đầu ra khối thứ nhất thành tần số

Nguồn sáng trắng làm tăng độ linh hoạt cho phép phân tích bất kì màu nào tr n màu nền bất kì Ánh sáng trắng là hỗn hợp rất nhiều ánh sáng c bước s ng màu sắc khác nhau Khi ta chiếu ánh sáng trắng vào một vật thể bất kì Tại bề mặt vật thể sẽ xảy ra hiện tượng hấp thụ và phản xạ ánh sáng

Hình 2.3 Nguyên lý cảm biến quang điện

Hình 2.4 Ma trận photodiode

Cảm biến màu phân tách ánh sáng phản xạ từ một đối tượng thành các thành phần đỏ, xanh lá cây và xanh da trời Mỗi thành phần được đánh giá và xác định xem có thuộc phạm vi cảm nhận được thiết lập trước đ cho mỗi màu riêng biệt Tiếp cận này rất hiệu quả khi giám sát màu trong những ứng dụng công nghiệp hiện nay Một kênh nhạy màu cho phép ta thiết lập những đặc tuyến của vật thể cần phát hiện với một lối ra riêng biệt, với những giá trị được lưu ở bộ nhớ trong của cảm biến Cảm biến màu lấy tích phân trên toàn diện tích của điểm sáng Vì thế, nếu một khoảng sáng có hai hay nhiều màu, cảm biến sẽ “xem xét” độ tổ hợp của các màu và phân tích từng màu riêng biệt Đây là phần rất quan trọng trong các ứng dụng nơi mà điểm cần phân tích phức tạp về cấu trúc bề mặt

và độ bóng

Những ứng dụng như phân loại sản phẩm thường dựa tr n vài màu cơ bản, có thể được thực hiện với những cảm biến màu đơn giản nhưng những ứng dụng phức tạp hơn cần điều khiển thông minh hơn cho những cảm biến với đầy đủ tính năng

2.3.2 Những cân nhắ ƣ ý ựa chọn cảm bi n màu sắc

Các thiết bị điện tử hiện đại đều là những tổ hợp của các bộ phận công nghệ mới Với những tính năng vượt trội các thiết bị c thể phân tích điều kiện môi trường đưa ra lệnh nhờ những lập trình c sẵn Việc xác định các yếu tố môi trường chính xác là điều kiện quan trọng cho hiệu quả của thiết bị đi n tử Cảm biến là bộ phận đ ng vai trò quan trọng trong xác định các yếu tố cần thiết Do vậy việc lựa chọn sử dụng cảm biến cần được đảm bảo đúng và chuẩn Dưới đây là lưu giúp người dùng lựa chọn sử dụng cảm biến đúng cách mang lại hiệu quả cao cho thiết bị:

Hình 2.5 Cấu tạo cảm biến quang

- Cảm biến được phân thành nhiều loại khác nhau dựa tr n tính năng môi trường làm việc, nguyên lý làm việc hay vật liệu chế tạo cảm biến Do vậy, việc sử dụng đúng cảm biến với tính năng phù hợp cho nhu cầu thiết bị là điều cần thiết

- Người dùng lưu xác định nhu cầu thực tế của thiết bị các yếu tố thông số kỹ thuật cần khảo sát để lựa chọn cảm biến cho tính năng phù hợp

- Lưu đến y u cầu về độ chính xác và sai số của thiết bị Lựa chọn cảm biến c sai

số kỹ thuật trong mức cho phép để cung cấp thông tin chính xác hiệu quả

- Lưu lựa chọn cảm biến c độ bền và tuổi thọ sản phẩm cao, có khả năng làm việc hiệu quả trong điều kiện môi trường cho phép

- Lưu lựa chọn mua cảm biến tại các đại l cung cấp thiết bị điện tử chính hãng uy tín chuy n nghiệp để được đảm bảo về chất lượng và giá cả ổn định

Thông thường, lựa chọn cảm biến đúng cách c li n quan tới việc xem xét những tính năng của vật cần phát hiện và xác định trường nhận diện hữu hạn Người đọc cần hiểu rõ những ti u chí sau đây trước khi lựa chọn cho mình một loại cảm biến phù hợp:

- Bạn cần phát hiện tính chất nào của vật thể Chúng ta phải có những lựa chọn phù hợp nhất, tránh sử dụng cảm biến không đúng cách gây lãng phí cả về tiền bạc và thời gian

- Chỉ c 1 điều kiện hay có nhiều điều kiện cấu thành vật cần phát hiện Khi có nhiều hơn một điều kiện cấu thành, cần vài cảm biến tương phản hoặc một cảm biến màu

để tiến hành phép tích phân khi đo đạc

- Tính chất bề mặt Đối với bề mặt b ng c độ phản xạ cao thường chúng ta phải gắn cảm biến vào gá và tạo thành một góc nhọn so với bề mặt vật thể thường là 15° Nếu như độ bóng là một đặc tính cần phát hiện khi đ cần phải gắn cảm biến vuông góc so với bề mặt đ Bề mặt mờ khuếch tán ánh sáng theo nhiều cách bất đồng nhất làm tăng khả năng phát hiện của cảm biến

- Kích thước đối tượng là bao nhiêu Dấu hoặc vật thể cần phải lớn hơn kích thước điểm sáng để đảm bảo tính ổn định khi hoạt động Kích thước của đối tượng và tốc độ cần được cân nhắc kỹ nhưng ở quy trình với tốc độ nhỏ Phép kiểm tra đòi hỏi đối tượng cần được chiếu sáng đủ lâu để cảm biến có thể nhận ra chúng

- Đối tượng dịch chuyển nhanh thế nào là vừa đủ Kiểm tra tin cậy là một hàm của

độ đáp ứng của cảm biến, tốc độ lấy mẫu kích thước đối tượng, và tốc độ dịch chuyển của đối tượng qua điểm sáng của cảm biến Một cách dễ hiểu đối tượng cần hiện hữu trong điểm sáng (do cảm biến phát ra) đủ lâu so với độ đáp ứng

- Khoảng cách lớn/nhỏ nhất từ bộ gá cảm biến tới đối tượng Khoảng cách càng xa càng đòi hỏi cảm biến phải c độ nhậy cao Một vài cảm biến màu, cảm biến tương phản, cảm biến huỳnh quang cho điểm sáng c kích thước lớn vì vậy chúng có thể hoạt động tốt

ở những khoảng cách xa hơn so với đối tượng Nói chung, nên chọn cảm biến có khả năng đánh giá ổn định và đặt chúng ở khoảng cách tối ưu hơn là cố định nó trên một khoảng cách cần thiết và xem nó có hoạt động tốt hay không

- Khoảng cách cảm biến - đối tượng nên cố định hay n n thay đổi Biến thiên khoảng cách cảm biến - đối tượng thường được hiểu như hiện tượng “phách động” là một yếu tố thành công của phép kiểm tra Vì mọi cảm biến quang điện đều đo sự sai khác

về ánh sáng do cảm biến quang thu thập, vì thế thay đổi về khoảng cách sẽ gây ra thay đổi

về lượng ánh sáng tới trên các thấu kính góp Dù ít dù nhiều điều này cũng sẽ làm ảnh hưởng độ tin cậy của phép đo vốn phụ thuộc vào mức có mặt hoặc vắng mặt của đối tượng: sự khác nhau càng lớn, biến thiên khoảng cách càng lớn

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU VỀ PLC SIMATIC S7-1200, WINCC VÀ PHẦN MỀM

TIA PORTAL (V13) 3.1 Giới thiệu về PLC SIMATIC S7-1200

3.1.1 Giới thiệu chung

PLC (Programmable Logic Control) là thiết bị có thể lập trình, được thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lí từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào người điều khiển mà có thể thực hiện một loạt các chương trình hoặc sự kiện này được kích hoạt bởi các tác nhân kích thích (hay còn gọi là ngõ vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ định thời (Timer) hay các sự kiện được đếm qua bộ đếm Khi một sự kiện được kích hoạt PLC bật ON, OFF hoặc phát ra một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài được gắn vào ngõ ra của PLC

Như vậy nếu thay đổi các chương trình được cài đặt trong PLC là có thể thực hiện các chức năng khác nhau trong các môi trường điều khiển khác nhau Hiện nay PLC đã được nhiều hãng khác nhau sản xuất như: Siemens Omron Mitsubishi Pesto Alan Bradley, Shneider Hitach Mặt khác ngoài PLC cũng đã bổ sung thêm các thiết bị mở rộng khác như: Các cổng mở rộng AI (Analog Input), DI (Digital Input), các thiết bị hiển thị, kết nối khác…

3.1.2 Đặ đ ểm bộ đ ều khiển lập trình

Nhu cầu về một bộ điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành thấp đã thúc đẩy

sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình được (programmable control systems)

hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều khiển máy móc hay quá trình hoạt động Trong bối cảnh đ bộ điểu khiển lập trình (PLC – Programmable Logic Controller) được thiết

kế nhằm thay thế phương pháp điều khiển truyền thống dùng rơ-le và thiết bị rời cồng kềnh và nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập trình trên các lệnh logic cơ bản Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện những tác vụ khác như định thời đếm… làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt động phức tạp, ngay

cả với loại PLC nhỏ nhất

Hoạt động của PLC là kiểm tra tất cả các trạng thái tín hiệu ngõ vào được đưa về từ

tín hiệu điều khiển cho thiết bị tương ứng, với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động có công suất nhỏ ở ngõ ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu ở ngõ vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơ-le trung gian Tuy nhi n khi dùng PLC điều khiển những thiết bị có công suất lớn cần phải có mạch điện tử công suất trung gian gắn thêm vào

Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà không cần có

sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi chương trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuy n dùng Hơn nữa chúng ta còn c ưu điểm

là thời gian lắp đặt và đưa vào hoạt động nhanh hơn so với những hệ thống truyền thống

mà đòi hỏi cần phải thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời

Về phần cứng PLC tương tự như máy tính “truyền thông” và chúng c các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp

- Khả năng kháng nhiễu tốt

- Cấu trúc dạng Modul cho phép dễ dàng thay thế tăng khả năng (nối thêm Modul mở rộng vào/ ra) và thêm chức năng (nối thêm Modul chuyên dùng)

- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở ngõ vào và ngõ ra được chuẩn hoá

- Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng Ladder, Instruction và Funtion Chart, dễ hiểu và dể

sử dụng

- Thay đổi chương trình điều khiển dễ dàng

- Những đặc điểm tr n làm cho PLC được sử dụng rộng rãi trong việc điểu khiển các máy móc công nghiệp và trong điền khiển quá trình (Process – control)

3.1.3 Giới thiệu về PLC S7-1200

3.1.3.1 Tổng quan về PLC S7-1200

Bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7- 1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau

trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ Sau khi tải xuống một chương trình CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình c thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean việc đếm định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác

Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển:

- Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép cấu hình việc truy xuất đến các chức năng của CPU

- Có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định

CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET Các module truyền thông là c sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485

(3) Các LED trạng thái dành cho I/O tích hợp

(4) Bộ phận kết nối PROFINET

Hình 3.1 Thành phần PLC S7-1200

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật các lo i CPU

Kiểu số Kiểu tương tự

6 ngõ vào / 4 ngõ ra

2 ngõ ra

8 ngõ vào / 6 ngõ ra

2 ngõ ra

14 ngõ vào /

10 ngõ ra

2 ngõ ra Kích thước ảnh tiến trình 1024 byte ngõ vào (I) và 1024 byte ngõ ra (Q)

Thông thường 10 ngày / ít nhất 6 ngày tại 400C

Tốc độ thực thi tính toán thực 18 μs/lệnh

Họ S7-1200 cung cấp một số lượng lớn các module tín hiệu và bảng tín hiệu để mở rộng dung lượng của CPU Có thể lắp đặt thêm các module truyền thông để hỗ trợ các giao thức truyền thông khác

3.1.3.2 Các bảng tín hiệu

Một bảng tín hiệu (SB) cho phép chúng ta thêm vào I/O cho CPU Chúng ta có thể thêm một SB với cả I/O kiểu số hay kiểu tương tự SB kết nối vào phía trước của CPU

- SB với 4 I/O kiểu số (ngõ vào 2 x DC và ngõ ra 2 x DC)

- SB với 1 ngõ ra kiểu tương tự

(1) Các LED trạng thái trên SB (2) Bộ phận kết nối nối dây có thể tháo ra

(3) Bộ phận kết nối nối dây c thể tháo ra

3.1.3.4 Các module truyền thông

Họ S7-1200 cung cấp các module truyền thông (CM) dành cho các tính năng bổ sung vào hệ thống Có 2 module truyền thông: RS232 và RS485 CPU hỗ trợ tối đa 3 module truyền thông Mỗi CM kết nối vào phía bên trái của CPU (hay về phía bên trái của một

CM khác)

Hình 3.2 Các bảng tín hiệu của PLC S7-1200

Hình 3.3 Các module tín hiệu của PLC S7-1200

(1) Các LED trạng thái dành cho module truyền thông

(2) Bộ phận kết nối truyền thông

Hình 3.4 Các module truyền thông của PLC S7-1200

3.2 G ớ thiệu về phần mềm TIA PORTAL (V13)

3.2.1 Tổng quan về phần mềm TIA PORTAL (V13)

Phần mềm TIA Portal cung cấp một môi trường thân thiện cho chúng ta nhằm phát triển chỉnh sửa và giám sát mạng logic được y u cầu để điều khiển ứng dụng bao gồm các công cụ dành cho quản l và cấu hình tất cả các thiết bị trong đề án như các thiết bị PLC hay HMI

TIA Portal cung cấp hai ngôn ngữ lập trình (LAD và FBD) để thuận tiện và c hiệu quả trong việc phát triển chương trình điều khiển đối với ứng dụng và còn cung cấp các công cụ để tạo ra và cấu hình các thiết bị HMI trong đề án

Cấu hình thiết bị:

- Chúng ta tạo ra cấu hình thiết bị cho PLC bằng cách th m một CPU và các module

bổ sung vào đề án

Hình 3.4 Kết cấu làm việc với TIA

(1) Module truyền thông (CM): Tối đa là 3 được chèn vào các khe số 101 102 và