Đồ án tốt nghiệp băng chuyền phân loại sản phẩm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHÂN HIỆU ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TẠI KON TUM NGUYỄN QUANG ĐỖ XUÂN HÙNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM Kon Tum, tháng 05 năm 2021 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG PHÂN HIỆU ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TẠI KON TUM ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BĂNG CHUYỀN PHÂN LOẠI SẢN PHẨM GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TS NGUYỄN ĐỨC QUẬN SINH VIÊN THỰC HIỆN : NGUYỄN QUANG MSSV : 16152520201006 SINH VIÊN THỰC HIỆN : ĐỖ XUÂN HÙNG MSSV :16152520201004 LỚP : K10D Kon Tum, tháng 05 năm 2021 LỜI CẢM ƠN Trong thời đại với phát triển công nghiệp hóa đại hóa đất nước nhiều ngành cơng nghiệp phục vụ q trình cơng nghiệp phát triển đất nước Như khai thác khoáng sản vận chuyển nguyên liệu bến cảng, nhà máy Băng tải dùng để vận chuyển vật liệu rời nhờ ưu điểm có khả vận chuyển hàng hóa xa, làm việc êm, suất cao tiêu hao lượng thấp Chính nhờ ưu điểm mà băng tải ứng dụng rộng rãi lĩnh vực khai thác hầm mỏ, bến cảng… Mặt khác yêu cầu ứng dụng tự động hóa ngày cao vào đời sống sinh hoạt, sản xuất (yêu cầu điều khiển tự động, linh hoạt, tiện lợi, gọn nhẹ…) Chính cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ điện tử phát triển nhanh chóng sản xuất loại thiết bị điều khiển lập trình PLC Nhờ đặc tính trội mà PLC ứng dụng vào nhiều ngành công đoạn sản xuất khác Một số cơng đoạn phân loại sản phẩm, cơng đoạn hồn tồn làm thủ công với trợ giúp PLC suất hiệu tăng lên gấp bội Để tìm hiểu nghiên cứu ứng dụng điều khiển cơng nghiệp, nhóm chúng em thực đề tài “Băng chuyền phân loại sản phẩm” Thông qua đề tài này, chúng em có hội tiếp cận sử dụng PLC; đồng thời chúng em có trải nghiệm thực tế hữu ích q trình làm đồ án Nó giúp chúng em củng cố vững học nhà trường phát triển kỹ làm việc thực tế Trong trình thực đề tài, với nỗ lực thân giúp đỡ tận tình thầy giáo TS Nguyễn Đức Quận chúng em hoàn thành xong đồ án Tuy nhiên thời gian có hạn kinh nghiệm thân cịn hạn chế nên đồ án khơng tránh sai sót, chúng em mong góp ý kiến bảo thầy cô bạn Cuối chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo khoa Điện – Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Phân hiệu Đại học Đà Nẵng Kontum tạo điều kiện giúp đỡ tận tình để chúng em hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA, HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG TỰ ĐỘNG HÓA Ở VIỆT NAM HIỆN NAY .1 1.3 TỰ ĐỘNG HÓA ẢNH HƯỞNG ĐẾN DỊCH CHUYỂN LAO ĐỘNG .4 1.4 TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT TỰ ĐỘNG TRONG CÔNG NGHIỆP 1.4.1 Những ưu điểm tự động hóa: 1.4.2 Những nhược điểm tự động hóa: 1.4.3 Tự động hóa cơng nghiệp có xu hướng bật sau: 1.5 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.5.1 Phân loại sản phẩm theo màu sắc 1.5.2 Phân loại sản phẩm theo chiều cao 1.5.3 Phân loại sản phẩm theo hình dạng 1.6 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO 10 1.6.1 Tổng quan 10 1.6.2 Nguyên lý hoạt động .10 1.7 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO CHIỀU CAO DÙNG TRONG MƠ HÌNH 11 1.7.1 Cấu tạo 11 1.7.2 Ứng dụng 11 CHƯƠNG 2.TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH 12 2.1 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 12 2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA BỘ VI XỬ LÝ VÀ BỘ VI ĐIỀU KHIỂN 12 2.3 TỔNG QUAN VỀ VI ĐIỀU KHIỂN 13 2.3.1 Khái niệm vi điều khiển .13 2.3.2 Các loại vi điều khiển sử dụng thị trường Việt Nam .14 2.3.3 Vi điều khiển thường gồm linh kiện 14 2.3.4 Đặc điểm linh kiện .15 2.3.5 Cấu tạo vi điều khiển 15 2.3.6 Ưu, nhược điểm vi điều khiển 16 2.3.7 Ứng dụng vi điều khiển 17 2.4 SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN PLC 17 2.5 TỔNG QUAN VỀ PLC 18 i 2.5.1 Khái niệm PLC 18 2.5.2 Giới thiệu PLC 19 2.5.3 Các hãng sản xuất PLC 20 2.5.4 Lợi ích việc sử dụng PLC 28 2.5.5 Ưu, nhược điểm PLC 29 2.5.6 Cấu trúc PLC 30 2.5.7 Cấu trúc bên PLC 32 2.6 GIỚI THIỆU PLC S7-1200 SIEMENS DÙNG TRONG MƠ HÌNH 33 2.6.1 Sự lựa chọn cho hệ thống nhỏ vừa .33 2.6.2 Một số dịng CPU S7-1200 thơng dụng 35 2.6.3 Vùng nhớ chương trình PLC S7-1200 36 2.6.4 Phần mềm ngôn ngữ lập trình PCL S7-1200 .37 2.7 TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM TIA PORTAL V16 38 2.7.1 Giới thiệu chung 38 2.7.2 Làm việc với phần mềm Tia portal V16 39 2.7.3 Làm việc với trạm PLC 43 2.7.4 Kỹ thuật lập trình 46 2.8 TỔNG QUAN VỀ GIAO DIỆN GIÁM SÁT BẰNG WINCC 48 2.8.1 Giới thiệu phần mềm WinCC 48 2.8.2 Chức .49 2.8.3 Đặc điểm 50 CHƯƠNG 3.THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MƠ HÌNH .52 3.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG 52 3.2 TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO MƠ HÌNH 53 3.2.1 Băng tải sử dụng mơ hình 53 3.2.2 Bộ điều khiển trung tâm 53 3.2.3 Động quay băng tải 54 3.2.4 Chọn truyền dẫn cho động 55 3.2.5 Giới thiệu động Servo 55 3.2.6 Cảm biến quang phát vật 56 3.2.7 Nguồn 57 3.2.8 Nút nhấn 58 3.2.9 Động bước 58 3.2.10 Van điện từ khí nén .58 3.2.11 Xilanh khí nén .59 3.3 THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG .59 3.3.1 Khối nguồn 59 3.3.2 Băng tải 59 3.3.3 Cơ cấu động Servo gắp sản phẩm 60 ii CHƯƠNG 4.LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT .61 4.1 SƠ ĐỒ NỐI DÂY 61 4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN 62 4.3 ĐẦU VÀO, ĐẦU RA CỦA HỆ THỐNG 63 4.4 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 63 4.4.1 Thiết kế mạch điều khiển 63 4.4.2 Thiết kế mạch giám sát WinCC .68 4.5 KẾT LUẬN 69 4.5.1 Mục tiêu 69 4.5.2 Kết thực 69 4.6 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .70 4.7 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN 70 4.7.1 Thuận lợi 70 4.7.2 Khó khăn 70 4.7.3 Kết đạt .70 4.7.4 Đề xuất, kiến nghị 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Diễn giải PLC Programmable Logic Controller WinCC Windows Control Center HMI Human Machine Interface RAM Random Access Memory EPROM Erasable Programmable Red Only Memory EEPROM Electriccal Erasable Programmable Red Only Memory LAD Ladder logic STL Structured Text Logic FBD Function Block Diagram CP Card Communications Processor MPI Multipoint Interface SCADA Supervisory Control And Data Acquisition PC Personal Computer iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2-1: Thông tin CPU 1211C/1212C/1214C 35 Bảng 3-1: Thông số động thực tế chạy không tải sử dụng máy cấp nguồn 54 Bảng 4-1: Lưu đồ thuật toán 62 Bảng 4-2: Phân công đầu vào PLC 63 Bảng 4-3: Phân công đầu PLC 63 v DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1:Tự động hóa Nhà máy thông minh Hình 1.2: Ứng dụng tự động hóa sản xuất cơng nghiệp Hình 1.3: Ứng dụng tự động hóa chăn ni bị sữa Hình 1.4: Ứng dụng tự động hóa cho việc xử lý trứng gà .3 Hình 1.5: Kỹ thuật mổ nội soi Robot Hình 1.6: Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc Hình 1.7: Dây chuyền phân loại loại nước giải khát Hình 1.8: Dây chuyền phân loại sản phẩm theo hình dạng 10 Hình 2.1: Bo mạch vi điều khiển 15 Hình 2.2: Vi điều khiển 15 Hình 2.3: Micro PLC họ T100MD-1616 .21 Hình 2.4 :Micro PLC họ DL05 hãng Koyo 21 Hình 2.5: PLC kênh vào kênh 22 Hình 2.6: PLC hãng OMRON loại ZEN-10 22 Hình 2.7: PLC hãng Siemens loại nhỏ S5-90U, S5-95U, S5-100U .23 Hình 2.8: Loại CJ1M Omron 23 Hình 2.9: PLC S7-400 Siemens 24 Hình 2.10a: Cấu trúc S7-400 24 Hình 2.10b: Cấu trúc S7-400 24 Hình 2.11: Sơ đồ kết nối mạng S7-400 công nghiệp 25 Hình 2.12: PLC hãng Siemens 26 Hình 2.13: PLC hãng Mitsubishi 26 Hình 2.14: PLC hãng Omron .27 Hình 2.15: PLC hãng Schneider 27 Hình 2.16 : Sơ đồ khối PLC 32 Hình 2.17: Vị trí PLC S7 xếp theo ứng dụng .34 Hình 2.18 :Phần mềm Tia portal V16 máy tính .39 Hình 2.19: Tạo dự án .39 Hình 2.20: Tạo tên dự án .39 Hình 2.21: Giao diện sau tạo dự án 40 Hình 2.22: Giao diện lựa chọn phần cứng .40 Hình 2.23: Chọn loại CPU 40 Hình 2.24: CPU PLC phần mềm Tia Portal 41 vi Hình 2.25: Bảng định địa 41 Hình 2.26: Tạo bảng tag 42 Hình 2.27 : Tìm Tag 42 Hình 2.28 : Biểu tượng download chương trình lên PLC 43 Hình 2.29 : Chọn cấu hình giao diện .44 Hình 2.30 : Bắt đầu tải chương trình xuống PLC 44 Hình 2.31 Chọn Monitor cơng cụ .45 Hình 2.32 : Chọn Go online 45 Hình 2.33 : Giao diện giám sát chương trình 46 Hình 2.34 : Cấu trúc lập trình .47 Hình 2.35 : Giao diện làm việc WinCC 48 Hình 3.1: Giới thiệu mơ hình .52 Hình 3.2: Băng tải đai 53 Hình 3.3: PLC S7-1200 54 Hình 3.4: Động 55 Hình 3.5: Bộ truyền đai 55 Hình 3.6: Cấu tạo động Servo 56 Hình 3.7: Cảm biến quang .56 Hình 3.8: Bộ nguồn chuyển đổi áp 57 Hình 3.9 :Nút nhấn 58 Hình 3.10: Động bước 58 Hình 3.11: Van điện từ khí nén 4V210-08 58 Hình 3.12: Xilanh khí nén Compact MCJA 59 Hình 3.13: Cấu tạo băng tải hệ thống 59 Hình 3.14: Băng tải thực tế 60 Hình 3.15: Cơ cấu Servo gắp sản phẩm 60 Hình 4.1: Sơ đồ nối dây 61 Hình 4.2: Bật WinCC tạo project .68 Hình 4.3: Kết nối WinCC với PLC S7-1200 68 Hình 4.4: Tạo hình cho WinCC 68 Hình 4.5: Thiết lập giao diện 68 Hình 4.6: Chọn tags tạo thuộc tính cho đối tượng 69 Hình 4.7: Giao diện giám sát WinCC 69 vii 3.2.8 Nút nhấn Hình 3.9 :Nút nhấn Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống tiếp điểm thường mở thường đóng vỏ bảo vệ, tác động vào nút ấn, tiếp điểm chuyển trạng thái khơng cịn tác động, tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu Nút ấn thường đặt bảng điều khiển, tủ điện, hộp nút ấn, loại nút ấn thơng dụng có dịng điện định mức 5A, điện áp làm việc 400V, tuổi thọ điện đến 200.000 lần đóng cắt, tuổi thọ đến 1000000 đóng cắt Nút ấn màu đỏ thường dung để đóng máy, màu xanh để khởi động máy 3.2.9 Động bước Hình 3.10: Động bước Dùng động Step để truyền động cho đế hệ thống gắp vật 3.2.10 Van điện từ khí nén Hình 3.11: Van điện từ khí nén 4V210-08 ● Thơng số kỹ thuật: - Kích thước cổng: 1/4''.(ren 13) - Kích thước cổng xả: 1/8" (ren 9.6) 58 - Áp suất hoạt động: 0.15 - 0.8 MPa - Loại van cửa vị trí (1 đầu coil điện) - Nhiệt độ hoạt động: -20~70oC - Điện áp 12v, 24v, 220v 3.2.11 Xilanh khí nén Hình 3.12: Xilanh khí nén Compact MCJA ► Ưu điểm xi lanh khí nén Compact MCJA: - Siêu nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ xilanh khí nén tiết kiệm không gian - Hoạt động đơn đôi có sản - Lý tưởng để sử dựng máy móc, nơi khơng gian bị hạn chế kết hợp rãnh cảm biến cho phép lắp cảm biến xả 3.3 THIẾT KẾ CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG 3.3.1 Khối nguồn Do yêu cầu hệ thống cấp nguồn U=24VDC đòi hỏi phải cấp nguồn riêng cho hệ thống nguồn cấp PLC số đầu vào cho PLC - Dùng máy biến áp thực hạ áp 220V xuống 24V - Dùng tụ điện ( tụ hóa) có nhiệm vụ san điện áp - Bộ nguồn 12VDC cấp cho động băng tải, cảm biến màu, động Servo, đầu DC PLC 3.3.2 Băng tải Nhiệm vụ: vận chuyển sản phẩm có màu sắc kích thước khác (đỏ, xanh) vào hệ thống để tiến hành phân loại Hình 3.13: Cấu tạo băng tải hệ thống Cấu tạo: + Con lăn bị động + Con lăn chủ động 59 + Động DC + Bánh truyền động Hình 3.14: Băng tải thực tế 3.3.3 Cơ cấu động Servo gắp sản phẩm Khi phát vật, động Servo nhận tín hiệu từ cảm biến đóng điện thực gắp sản phẩm Hình 3.15: Cơ cấu Servo gắp sản phẩm 60 CHƯƠNG LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ XÂY DỰNG GIAO DIỆN GIÁM SÁT 4.1 SƠ ĐỒ NỐI DÂY Hình 4.1: Sơ đồ nối dây 61 4.2 LƯU ĐỒ THUẬT TỐN Bảng 4.1: Lưu đồ thuật tốn 62 4.3 ĐẦU VÀO, ĐẦU RA CỦA HỆ THỐNG Bảng 4.2: Phân công đầu vào PLC Đầu vào Địa Ghi I0.1 Start I0.0 Stop I0.3 Cảm biến cao I0.2 Cảm biến thấp I0.4 Cảm biến phát vật I0.5 Vị trí đầu Bảng 4.3: Phân công đầu PLC Đầu Địa Ghi Q0.5 Hướng step Q0.3 Băng tải Q0.4 Pittong Q0.2 Servo Q0.6 Step 4.4 THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT 4.4.1 Thiết kế mạch điều khiển Main: Network 1: Network 2: 63 Network 3: Network 4: Cảm biến thấp Network 5: Bước hoạt động 64 Network 6: Băng tải Network 7: Pittong Step: 65 Network 1: Step Network 2: Điều khiển khoảng cách Step Network 3: Network 4: Hướng Step Servo: 66 Network 1: Servo Network 2: Network 3: 67 4.4.2 Thiết kế mạch giám sát WinCC Hình 4.2: Bật WinCC tạo project Hình 4.3: Kết nối WinCC với PLC S7-1200 Hình 4.4: Tạo hình cho WinCC Hình 4.5: Thiết lập giao diện 68 Hình 4.6: Chọn tags tạo thuộc tính cho đối tượng Hình 4.7: Giao diện giám sát WinCC 4.5 KẾT LUẬN 4.5.1 Mục tiêu − Tìm hiểu tổng quan hệ thống sản xuất tự động công nghiệp − Tìm hiểu loại PLC nguyên lý hoạt động PLC S7-1200 − Tìm hiểu phần mềm TIA Portal V16 chương trình điều khiển giám sát WinCC − Tìm hiểu nguyên lý hoạt động khâu phân loại sản phẩm cao thấp dùng mơ hình − Xây dựng lưu đồ thuật tốn − Viết chương trình 4.5.2 Kết thực − Trình bày tổng quan sản xuất tự động cơng nghiệp − Trình bày nguyên lý hoạt động PLC S7-1200 − Trình bày nguyên lý hoạt động cảm biến − Sử dụng phần mềm TIA Portal chương trình điều khiển giám sát WinCC − Xây dựng lưu đồ thuật toán 69 − Xây dựng chương trình − Nắm nguyên lý vận hành khâu phân loại sản phẩm dùng mơ hình − Qua áp dụng cho trường hợp khác đáp ứng nhu cầu thiết yếu xã hội Từ ứng dụng ta áp dụng mơ hình cho sản xuất nhà máy xí nghiệp 4.6 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong tương lai, mong mơ hình hệ thống nghiên cứu sâu thêm ý tưởng hay 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 4.7 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC HIỆN 4.7.1 Thuận lợi Nhờ hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn kết hợp với chịu khó tìm hiểu tài liệu em biết mơ hình phân loại sản phẩm nắm ngun lý hoạt động mơ hình Lập trình chương trình phần mềm TIA Portal V16 cho khâu phân loại sản phẩm theo cao thấp mơ hình Xây dựng giao diện giám sát cho khâu phân loại sản phẩm WinCC 4.7.2 Khó khăn Chương trình cho khâu phân loại sản phẩm theo cao thấp đơn giản, dài dịng chưa tối ưu hóa chương trình Chưa hiểu hết ứng dụng chương trình TIA Portal WinCC Đồ án tìm hiểu khâu phân loại sản phẩm cao thấp chưa tìm hiểu tồn mơ hình phân loại sản phẩm 4.7.3 Kết đạt - Thiết kế mơ hình phân loại sản phẩm theo chiều cao giám sát qua máy tính WinCC - Lập trình chương trình điều khiển thiết kế giao diện giám sát qua WinCC - Hiểu nguyên lý hoạt động PLC 4.7.4 Đề xuất, kiến nghị Đề tài trình bày theo dạng mơ hình mơ Nên q trình thực đồ án khơng tránh khỏi sai sót, em mong bảo góp ý thầy để đề tài em hồn thiện Mong đề tài bạn sinh viên khóa sau tiếp tục nghiên cứu khắc phục mặt hạn chế đề tài để tạo sản phẩm tối ưu để phục vụ cho việc học tập, sản xuất đời sống xã hội 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật, Giáo trình điều khiển logic-PLC [2] www.plcvietnam.net [3] www.plctech.com.vn [4] www.dientuvietnam.com [5] www.congnghiepcongnghecao.com.vn NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Đánh giá đồ án tốt nghiệp: …… /10 điểm ... quan Dây chuyền phân loại sản phẩm theo chiều cao kiểu phân loại sản phẩm theo kích thước sản phẩm, mà cụ thể dựa vào chiều cao sản phẩm mà phân loại sản phẩm khác (cao, thấp) Kiểu phân loại sử... PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1.5.1 Phân loại sản phẩm theo màu sắc 1.5.2 Phân loại sản phẩm theo chiều cao 1.5.3 Phân loại sản phẩm theo hình dạng 1.6 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHÂN... 1.6: Dây chuyền phân loại sản phẩm theo màu sắc 1.5.2 Phân loại sản phẩm theo chiều cao Hệ thống phân loại sản phẩm theo chiều cao ứng dụng nhiều ngành công nghiệp: - Ứng dụng dây chuyền sản xuất