Mô hình điều khiển phân loại sản phẩm theo chiều cao sử dụng PLC s7 200

LỜI MỞ ĐẦU Hiện công nghiệp đại hoá đất nƣớc, yêu cầu ứng dụng tự động hoá ngày cao vào 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, cơng nghệ điện tử phát triển nhanh chóng làm xuất loại thiết bị điều khiển khả trình PLC Để thực công việc cách khoa học nhằm đạt đƣợc số lƣợng sản phẩm lớn, nhanh mà lại tiện lợi kinh tế Các Cơng ty, xí nghiệp sản xuất thƣờng sử dụng cơng nghệ lập trình PLC sử dụng loại phần mềm tự động Dây chuyền sản xuất tự động PLC giảm sức lao động công nhân mà sản xuất lại đạt hiệu cao đáp ứng kịp thời cho đời sống xã hội Qua tập đồ án môn học giới thiệu lập trình PLC ứng dụng vào sản xuất phân loại sản phẩm theo chiều cao Trên “mơ hình điều khiển phân loại sản phẩm theo chiều cao ” Thạc sĩ Nguyễn Trọng Thắng hƣớng dẫn thực Đề tài gồm nội dung sau: Chƣơng 1: Sơ lƣợc hệ thống phân loại sản phẩm theo kích thƣớc Chƣơng 2: Tổng quan điều khiển PLC S7 – 200 Chƣơng 3: Thiết kế xây dựng mơ hình Trong q trình thực chƣơng trình cịn gặp nhiều khó khăn tài liệu tham khảo cho vấn đề ít,và hạn hẹp, liên quan đến nhiều vấn đề nhƣ phần dây chuyền Mặc dù cố gắng nhƣng khả năng, thời gian có hạn kinh nghiệm chƣa nhiều nên tránh khỏi sai sót mong đóng góp ý kiến bổ sung thầy cô giáo để đồ án đƣợc hoàn thiện CHƢƠNG SƠ LƢỢC VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KÍCH THƢỚC 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày với phát triển ngành khoa học kỹ thuật, kỹ thuật điện tử mà điều khiển tự động đóng vai 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 điều khiển tự động nói riêng Xuất phát từ đợt thực tập tốt nghiệp nhà máy, khu công nghiệp tham quan doanh nghiệp sản xuất, chúng em đƣợc thấy nhiều khâu đƣợc tự động hóa q trình sản xuất Một khâu tự động dây chuyền sản xuất tự động hóa số lƣợng sản phẩm sản xuất đƣợc băng tải vận chuyển sử dụng hệ thống nâng gắp phân loại sản phẩm Tuy nhiên doanh nghiệp vừa nhỏ việc tự động hóa hồn tồn chƣa đƣợc áp dụng khâu phân loại, đóng bao bì mà cịn sử dụng nhân cơng, nhiều cho suất thấp chƣa đạt hiệu Từ điều đƣợc nhìn thấy thực tế sống kiến thức mà em học đƣợc trƣờng muốn tạo hiệu suất lao động lên gấp nhiều lần, đồng thời đảm bảo đƣợc độ xác cao kích thƣớc Nên em định thiết kế thi cơng mơ hình sử dụng băng chuyền để phân loại sản phẩm gần gũi với thực tế, thực tế có nhiều sản phẩm đƣợc sản xuất địi hỏi phải có kích thƣớc tƣơng đối xác thật có ý nghĩa chúng em, góp phần làm cho xã hội ngày phát triển mạnh hơn, để xứng tầm với phát triển giới 1.2 CÁC BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM HIỆN NAY 1.2.1 Các loại băng tải sử dụng 1.2.1.1 Giới thiệu chung Băng tải thƣờng đƣợc dùng để di chuyển vật liệu đơn giản vật liệu rời theo phƣơng ngang phƣơng nghiêng Trong dây chuyền sản xuất, thiết bị đƣợc sử dụng rộng rãi nhƣ phƣơng tiện để vận chuyển cấu nhẹ, xƣởng luyện kim dùng để vận chuyển quặng, than đá, loại xỉ lị trạm thủy điện dùng vận chuyển nhiên liệu Trên kho bãi dùng để vận chuyển loại hàng bƣu kiện, vật liệu hạt số sản phẩm khác Trong số ngành cơng nghiệp nhẹ, cơng nghiệp thực phẩm, hóa chất dùng để vận chuyển sản phẩm hoàn thành chƣa hồn thành cơng đoạn, phân xƣởng, đồng thời dùng để loại bỏ sản phẩm không dùng đƣợc 1.2.1.2 Ƣu điểm băng tải - Cấu tạo đơn giản, bền, có khả vận chuyển rời đơn theo hƣớng nằm ngang, nằm nghiêng kết hợp nằm ngang với nằm nghiêng - Vốn đầu tƣ khơng lớn lắm, tự động đƣợc, vận hành đơn giản, bảo dƣỡng dễ dàng, làm việc tin cậy, suất cao tiêu hao lƣợng so với máy vận chuyển khác không lớn 1.2.1.3 Cấu tạo chung băng tải Hình 1.1: Cấu tạo chung băng chuyền Bộ phận kéo yếu tố làm việc trực tiếp mang vật Trạm dẫn động, truyền chuyển động cho phận kéo Bộ phận căng, tạo giữ lực căng cần thiết cho phận kéo Hệ thống đỡ (con lăn, giá đỡ ) làm phần trƣợt cho phận kéo yếu tố làm việc 1.2.1.4 Các loại băng tải thị trƣờng Khi thiết kế hệ thống băng tải vận chuyển sản phẩm đến vị trí phân loại lựa chọn số loại băng tải sau: Bảng 1.1: Danh sách loại băng tải Loại băng tải Băng tải dâ Băng tải Băng tải tha Băng tải co Các loại băng tải xích, băng tải lăn có ƣu điểm độ ổn định cao vận chuyển.Tuy nhiên chúng địi hỏi kết cấu khí phức tạp, địi hỏi độ xác cao, giá thành đắt - Băng tải dạng cào: sử dụng để thu dọn phoi vụn suất băng tải loại đạt 1,5 tấn/h tốc độ chuyển động 0,2m/s Chiều dài băng tải không hạn chế phạm vi kéo 10kN - Băng tải xoắn vít : có kiểu cấu tạo : + Băng tải buồng xoắn: Băng tải buồng xoắn đƣợc dùng để thu dọn phoi vụn Năng suất băng tải loại đạt tấn/h với chiều dài 80cm + Băng tải buồng xoắn: có buồng xoắn song song với nhau, có chiều xoắn phải, có chiều xoắn trái Chuyển động xoay vào buồng xoắn đƣợc thực nhờ tốc độ phân phối chuyển động Cả loại băng tải buồng xoắn đƣợc đặt dƣới máng thép xi măng 1.2.2 Các loại băng chuyền phân loại sản phẩm Phân loại sản phẩm toán đƣợc ứng dụng nhiều thực tế Dùng sức ngƣời, cơng việc địi hỏi tập trung cao có tính lặp lại, nên cơng nhân khó đảm bảo đƣợc xác cơng việc Chƣa kể đến có phân loại dựa chi tiết kĩ thuật nhỏ mà mắt thƣờng khó nhận Điều ảnh hƣởng trực tiếp tới chất lƣợng sản phẩm uy tín nhà sản xuất Vì vậy, hệ thống tự động nhận dạng phân loại sản phẩm đời phát triển tất yếu nhằm đáp ứng nhu cầu cấp bách Tùy vào mức độ phức tạp yêu cầu phân loại, hệ thống phân loại tự động có quy mơ lớn, nhỏ khác Tuy nhiên có đặc điểm chung chi phí cho hệ thống lớn, đặc biệt điều kiện Việt Nam Vì đa số hệ thống phân loại tự động đa phần đƣợc áp dụng hệ thống có yêu cầu phân loại phức tạp, lƣợng lớn doanh nghiệp Việt Nam sử dụng trực tiếp sức lực ngƣời để làm việc Bên cạnh băng chuyền để vận chuyển sản phẩm yêu cầu cao đƣợc đặt phải có hệ thống phân loại sản phẩm Còn nhiều dạng phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu nhà sản xuất nhƣ: Phân loại sản phẩm theo kích thƣớc, Phân loại sản phẩm theo màu sắc, Phân loại sản phẩm theo khối lƣợng, Phân loại sản phẩm theo mã vạch, Phân loại sản phẩm theo hình ảnh v.v… Vì có nhiều phƣơng pháp phân loại khác nên có nhiều thuật tốn, hƣớng giải khác cho sản phẩm, đồng thời thuật tốn đan xen, hỗ trợ lẫn Ví dụ nhƣ muốn phân loại vải cần phân loại kích thƣớc màu sắc, nƣớc uống (nhƣ bia, nƣớc ngọt) cần phân loại theo chiều cao, khối lƣợng, phân loại xe theo chiều dài, khối lƣợng, phân loại gạch granite theo hình ảnh v.v… Phân loại sản phẩm to nhỏ sử dụng cảm biến quang: sản phẩm chạy băng chuyền ngang qua cảm biến quang thứ nhƣng chƣa kích cảm biển thứ đƣợc phân loại vật thấp nhất, sản phẩm qua cảm biến đồng thời đƣợc phân loại vật cao Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc sản phẩm: sử dụng cảm biến phân loại màu sắc đƣợc đặt băng chuyền, sản phẩm ngang qua cảm biến nhận biết đc sản phẩm thuộc màu đƣợc cửa phân loại tự động mở để sản phẩm đựợc phân loại Phát màu sắc cách sử dụng yếu tố tỷ lệ phản chiếu màu (ví dụ nhƣ đỏ, xanh xanh trời) đƣợc phản xạ màu khác theo thuộc tính màu đối tƣợng Bằng cách sử dụng công nghệ lọc phân cực đa lớp gọi FAO (góc quang tự do), cảm biến E3MC phát màu đỏ, xanh màu xanh sáng trục quang học đơn E3MC thu ánh sáng phản chiếu đối tƣợng thông qua cảm biến nhận xử lý tỷ lệ màu xanh cây, đỏ, xanh lam ánh sáng để phân biệt màu sắc vật cần cảm nhận Phân loại sản phẩm dùng webcam: sử dụng camera chụp lại sản phẩm chạy qua đƣa ảnh so sánh với ảnh gốc Nếu giống cho sản phẩm qua, cịn khơng loại sản phẩm Nhận thấy thực tiễn đó, luận văn này, em làm mơ hình nhỏ nhƣng có chức gần nhƣ tƣơng tự ngồi thực tế Đó là: tạo dây chuyền băng tải để vận chuyển sản phẩm, phân loại sản phẩm theo kích thƣớc đƣợc đặt trƣớc 1.3 GIỚI THIỆU BĂNG TẢI DÙNG TRONG MƠ HÌNH Do băng tải dùng hệ thống làm nhiệm vụ vận chuyển sản phẩm nên mơ hình đồ án lựa chọn loại băng tải dây đai để mô cho hệ thống dây chuyền nhà máy với lý sau đây: - Tải trọng băng tải không lớn - Kết cấu khí khơng q phức tạp - Dễ dàng thiết kế chế tạo - Có thể dễ dàng hiệu chỉnh băng tải Tuy nhiên loại băng tải có vài nhƣợc điểm nhƣ độ xác vận chuyển không cao, đôi lúc băng tải hoạt động không ổn định nhiều yếu tố: nhiệt độ môi trƣờng ảnh hƣởng tới lăn, độ ma sát dây đai giảm qua thời gian Hình 1.2: Băng chuyền vẽ Hình 1.3: Băng chuyền vẽ Hình1.4: Băng chuyền thực tế CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200 2.1 SƠ LUỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN Thiết bị điều khiển lập trình (programmable controller) đƣợc thiết kế lần cho đời năm 1968 (Công ty General Moto - Mỹ) Tuy nhiên, hệ thống đơn giản cồng kềnh, ngƣời dùng gặp nhiều khó khăn việc vận hành hệ thống Vì nhà thiết kế bƣớc cải tiến hệ thống đơn giản, gọn nhẹ, dễ vận hành, nhƣng việc lập trình cho hệ thống cịn gặp nhiều khó khăn, lúc khơng có thiết bị lập trình ngoại vi hỗ trợ cho cơng việc lập trình Để đơn giản hóa việc lập trình, hệ thống điều khiển lập trình cầm tay (programmable controller handle) đƣợc đời năm 1969 Điều tạo phát triển thật cho kỹ thuật điều khiển lập trình Trong giai đoạn hệ thống điều khiển lập trình (PLC) đơn giản nhằm thay hệ thống Relay dây nối hệ thống cổ điển Qua trình vận hành, nhà thiết kế bƣớc tạo đƣợc tiêu chuẩn cho hệ thống, tiêu chuẩn : Dang lập trình dùng giản đồ hình thang (The diagroom format) Trong năm thập niên 1970, hệ thống PLC cịn có thêm khả vận hành với thuật toán hỗ trợ (arithmetic), “vận hành với liệu cập nhật” (data manipulation) Do phát triển loại hình dùng cho máy tính ( Cathode Ray Tube : CRT), nên việc giao tiếp ngƣời điều khiển lập trình cho hệ thống ngày trở nên thuận tiện Sự phát triển hệ thống phần cứng phần mềm từ năm 1975 làm cho hệ thống PLC phát triển mạnh mẽ với chức mở rộng: hệ thống ngõ vào/ra tăng thêm 800 cổng vào/ra, dung lƣợng nhớ chƣơng trình tăng lên 128.000 từ nhớ (word of memory) Ngoài nhà thiết kế tạo kĩ thuật kết nối với hệ thống PLC 10 I1.0 + I1.1 + I1.2 I0.1 I1.0 Q0.4 Q0.7 Hình 3.14: Sơ đồ tay gạt + Tín hiệu điều khiển từ cảm biến: I1.0,I1.1,I1.2 + Tín hiệu dừng vị trí: I0.0, I0.1,I0.2 + Tín hiệu điều khiển chiều động cơ: Q0.4, Q0.7 3.3.3 Sơ đồ thuật giải 49 BEGIN I1.0=1, I1.1=1 I1.2=1, I0.1=1 I0.3=1 Q0.0=1Q0.0=0 I1.0=0, I1.1=0 I1.0=0 M0.5=1 M0.0=1 M1.3=1 I1.0=1 I1.1=1, I1.2=1 I1.0=1 I1.1=1, I1.2=1 M0.5=0 M0.6=0 M0.6=1 M0.0=0 M0.1=1 T38=1 M0.6=0 M0.7=1 T37=1 M0.1=0 M0.2=1 M0.2=0 I0.2=1 M0.7=0 I0.0=1 M0.2=0 M0.3=1 M1.0=0 M1.0=1 M1.3=0 M0.3=0 T40=1 M1.0=0 M1.1=1 T39=1 M0.3=0 M0.4=1 M0.7=0 M1.1=0 M0.4=0 I0.1=1 M0.4=1 M0.4=0 END Hình 3.15: Sơ đồ thuật giải 50 3.3.4 Chƣơng trình điều khiển phân loại sản phẩm 51 52 53 54 55 3.3.4 Mơ hình thực tế Hình 3.16: Mơ hình Thực tế Hình 3.17: Mơ hình thực tế 56 Hình 3.18: mơ hình thực tế 57 KẾT LUẬN Sau thời gian làm đồ án tốt nghiệp,dƣới hƣớng dẫn tận tình thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Trọng Thắng, đến tác giả hoàn thành đồ án Nội dung đồ án bao gồm: 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 Phần thiết kế thi công: * Xây dựng sơ đồ khối * Viết chƣơng trình điều khiển * Thi cơng chạy thử mơ hình Đề tài đƣợc trình bày theo dạng mơ hình mơ Nên q trình thực luận văn khơng tránh khỏi sai sót mong đề tài đƣợc bạn sinh viên khoá sau tiếp tục nghiên cứu khắc phục mặt hạn chế đề tài để tạo sản phẩm tối ƣu phục vụ cho sản xuất đời sống xã hội Em xin đƣợc bảo, góp ý thầy để đề tài em đƣợc hồn thiện Cuối em xin trân trọng cảm ơn thầy Hiệu trƣởng, Ban Giám hiệu nhà trƣờng, phòng ban chức năng, thầy trƣởng khoa điện, thầy cô khoa điện đặc biệt thầy thạc sĩ Nguyễn Trọng Thắng ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn em thực đề tài Hải Phòng, ngày tháng Sinh viên thực Đỗ Thanh Tuấn 58 năm 2011 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Thành Bắc (2001), Giáo trình thiết bị điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Phan Quốc Phơ - Nguyễn Đức Chiến (2008), Giáo trình cảm biến, Nhà xuất khoa học kỹ thuật GS TSKH Thân Ngọc Hoàn (1999), Máy điện, Nhà xuất giao thơng vận tải Nguyễn Dỗn Phƣớc, Phan Xuân Minh (1997), Tự động hoá SIMATIC S7–200 - Nhà xuất nông nghiệp http:// WWW Google.com.vn 59 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG SƠ LƢỢC VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO KÍCH THƢỚC 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 CÁC BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM HIỆN NAY 1.2.1 Các loại băng tải sử dụng 1.2.1.1 Giới thiệu chung 1.2.1.2 Ƣu điểm băng tải 1.2.1.3 Cấu tạo chung băng tải 1.2.1.4 Các loại băng tải thị trƣờng 1.2.2 Các loại băng chuyền phân loại sản phẩm .5 1.3 GIỚI THIỆU BĂNG TẢI DÙNG TRONG MƠ HÌNH CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7-200 10 2.1 SƠ LUỢC VỀ SỰ PHÁT TRIỂN 10 2.2 TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC .11 2.2.1 Khái niệm PLC .11 2.2.2 Giới thiệu PLC 11 2.2.3 Lợi ích việc sử dụng PLC .13 2.2.4 Ƣu, nhƣợc điểm lập trình hệ thống điều khiển PLC 15 2.2.4.1 Ƣu điểm PLC 15 2.2.4.2 Nhƣợc điểm PLC 17 2.2.5 Cấu trúc PLC 17 2.2.6 Cấu trúc bên PLC 21 2.3 GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH PLC S7 – 200 22 2.3.1 Giới thiệu chung 22 2.3.2 Đặc điểm thông số số loại CPU S7-200 24 2.3.3 Ngơn ngữ lập trình điều khiển PLC 28 60 CHƢƠNG THIẾT KẾ XÂY DỰNG MƠ HÌNH 29 3.1 CÁC PHẦN TỬ SỬ DỤNG TRONG MÔ HÌNH 29 3.1.1 Rơ le trung gian 29 3.1.1.1 Khái niệm chung rơ le 29 3.1.1.2 Phân loại rơ le 29 3.1.1.3 Đặc tính vào rơle 30 3.1.1.4 Rơ le trung gian 32 3.1.2 Nút ấn 34 3.1.2.1 Khái niệm 34 3.1.2.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc 34 3.1.3 Động sử dụng mơ hình 35 3.1.3.1 Giới thiệu động chiều 35 3.1.3.3 Nguyên lý làm việc động điện chiều 36 3.1.3.4 Phân loại động điện chiều 37 3.1.3.5 Phƣơng trình đặc tính động điện chiều 38 3.1.4 Cảm biến quang 41 3.1.4.1 Khái niệm 41 3.1.4.2 Phân loại cảm biến 41 3.1.4.3 Cảm biến dùng hệ thống 42 3.2 THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN .44 3.3 THIẾT KẾ PHẦN MỀM 47 3.3.1 Yêu cầu công nghệ .47 3.3.2 Các đầu vào/ra: 47 3.3.3 Sơ đồ thuật giải 49 3.3.4 Chƣơng trình điều khiển phân loại sản phẩm .51 3.3.4 Mơ hình thực tế 56 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 61 ... sản phẩm yêu cầu cao đƣợc đặt phải có hệ thống phân loại sản phẩm Cịn nhiều dạng phân loại sản phẩm tùy theo yêu cầu nhà sản xuất nhƣ: Phân loại sản phẩm theo kích thƣớc, Phân loại sản phẩm theo. .. Phân loại sản phẩm theo khối lƣợng, Phân loại sản phẩm theo mã vạch, Phân loại sản phẩm theo hình ảnh v.v… Vì có nhiều phƣơng pháp phân loại khác nên có nhiều thuật tốn, hƣớng giải khác cho sản. .. đƣợc phân loại vật thấp nhất, sản phẩm qua cảm biến đồng thời đƣợc phân loại vật cao Phân loại sản phẩm dựa vào màu sắc sản phẩm: sử dụng cảm biến phân loại màu sắc đƣợc đặt băng chuyền, sản phẩm