Mô hình phân loại sản phẩm theo màu sắc và khối lượng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH ĐIỆN TỬ TRUYỀN THƠNG MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ KHỐI LƯỢNG GVHD: PGS TS TRẦN THU HÀ SVTH: NGUYỄN SỸ PHÚ MSSV: 14141231 SVTH: TRỊNH THIÊN NAM MSSV: 14141205 SKL005240 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2018 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Chuyên ngành: Hệ đào tạo: Khóa: I TÊN ĐỀ TÀI: MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ KHỐI LƯỢNG II NHIỆM VỤ Nội dung thực hiện:  1: Tìm hiểu ngun lí hoạt động của Loadcell, cảm biến màu sắc, hình HMI, biến tần, van điện từ  2: Tìm hiểu nghiên cứu lập trình PLC, phần mền cho hệ thống điều khiển PLC Simen  3: Thiết kế thi cơng phần cứng  4: Thiết kế chương trình điều khiển thiết kế giao diện HMI  5: Chạy thử nghiệm mơ hình  6: Đánh giá kết thực III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/07/2018 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:PGS TS Trần Thu Hà CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ii KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: Nguyễn Sỹ Phú Lớp: 14141DT3B Họ tên sinh viên 2: Trịnh Thiên Nam Lớp: 14141DT3B Tên đề tài: Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc khối lượng Tuần/ngày Tuần (0208/04/2018) Tuần (0915/04/2018) Tuần (1622/04/2018) Tuần (23/4 - 29 /04/2018) Tuần 5,6 (30/4 13/05/2018) Tuần 7,8,9,10 (14/5 10/06/2018) Tuần 11,12 (11 24/06/2018) Tuần 13 (25/6 1/07/2018) 02/07/2018 GV HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) iii LỜI CAM ĐOAN Đề tài tự thực hướng dẫn cô Trần Thu Hà số tài liệu, không chép từ tài liệu hay cơng trình có trước Nếu có gian lận xin chịu trách nhiệm nội dung đồ án TP.HCM, ngày tháng năm 2018 Người thực Nguyễn Sỹ Phú Trịnh Thiên Nam iv LỜI CẢM ƠN  Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tận tình dạy dỗ chúng em suốt năm qua Trong phải kể đến quý thầy cô khoa Điện – Điện Tử truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm với đam mê đốt lên lửa đam mê khám phá chúng em từ kiến thức, đam mê chúng em kết lại thành đồ án cuối cùng, đồ án tốt nghiệp tay tạo ra, bàn đạp để bước vào cánh cửa lớn Đặc biệt, nhóm xin chân thành cảm ơn Trần Thu Hà tận tình giúp đỡ chúng em trình lựa chọn đề tài hỗ trợ chúng em trình thực đề tài Trong trình thực đồ án xảy nhiều khó khăn, thiếu sót đơn đốc góp ý chúng em gặt hái nhiều kiến thức kinh nghiệm Một lần chúng em xin cảm ơn cô Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành khố luận tốt nghiệp TP.HCM, ngày tháng năm 2018 Sinh viên thực đồ án Nguyễn Sỹ Phú Trịnh Thiên Nam v MỤC LỤC BÌA TRONG NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT Chương TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 MỤC TIÊU 1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1.4 GIỚI HẠN 1.5 BỐ CỤC Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 2.1.1 Hoạt động 2.1.2 Hoạt động 2.2 GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG 2.2.1 Băng tải 2.2.2 PLC 2.2.3 Màn hình H 2.2.4 Loadcell 2.2.5 Cảm biến m 2.2.6 Arduino 2.2.7 Cảm biến p 2.2.8 Van điện từ 2.2.9 Xi lanh khí 2.2.10 Động 2.2.11 Biến tần 2.2 MẠNG LAN Chương 3.TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ 3.1 BÀI TOÁN THIẾT KẾ 3.2 TÍNH TỐN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 3.2.1 Thiết kế sơ 3.2.2 Tính tốn v 3.2.3 Sơ đồ nguy vi Chương THI CÔNG HỆ THỐNG 4.1 GIỚI THIỆU 4.2 THI CÔNG HỆ THỐNG 4.2.1Thi công kh 4.2.2Thi công kh 4.2.3Thi cơng 4.3 THI CƠNG MƠ HÌNH HỒN CHỈNH 4.4 LẬP TRÌNH HỆ THỐNG 4.4.1Lưu đồ giải 4.4.2Phần mềm 4.4.3Phần mềm 4.5 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC Chương 5.KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 KIẾN THỨC THU ĐƯỢC 5.2 SẢN PHẨM KHI HOÀN THÀNH 5.3 KẾT QUẢ CHẠY HỆ THỐNG 5.3.1Kết 5.3.2Theo dõi hệ Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀ 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TÀI LIỆU THAM KHẢO vii DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Một hệ thống vận chuyển sử dụng băng tải Hình 2.2 Cấu tạo chung băng tải Hình 2.3 Một hệ thống điều khiển PLC Hình 2.4 So sánh S7-200 S7-1200 mơ-đun mở rộng Hình 2.5 Hình dáng CPU 1212AC/DC/RL 11 Hình 2.6 Sơ đồ đấu dây S7 -1200 CPU 1212AC/DC/RL .12 Hình 2.7 Màn hình HMI hệ thống điều khiển 13 Hình 2.8 Màn hình KTP 700 Basic 14 Hình 2.9 Loadcell ngồi thực tế 14 Hình 2.10 Cấu tạo loadcell 15 Hình 2.11 Cấu tạo điện trở bên loadcell 15 Hình 2.12 Mơ tả thay đổi loadcell có lực tác dụng 16 Hình 2.13 Sơ đồ điện trở Loadcell 16 Hình 2.14 Một số loại Loadcell thông dụng 17 Hình 2.15 Loadcell 1kg YZC-133 18 Hình 2.16 Kích thước loadcell 1kg YZC-133 19 Hình 2.17 Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell KELI KM02A 19 Hình 2.18 Bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell DS 7200 20 Hình 2.19 Một số cảm biến màu dùng công nghiệp 21 Hình 2.20 Cảm biến màu sắc TCS 3200 21 Hình 2.21 Sơ đồ khối chức cảm biến TSC3200 22 Hình 2.22 Màn photodiode 22 Hình 2.23 Arduino Uno 24 Hình 2.24 Cảm biến điện từ 25 Hình 2.25 Cảm biến tiệm cận 25 Hình 2.26 Cảm biến quang 26 Hình 2.27 Cảm biến quang E3F-DS30C4 26 Hình 2.28 Sơ đồ nối dây cảm biến quang E3F-DS30C4 27 Hình 2.30 Van điện từ khí nén 28 Hình 2.31 Kí hiệu van 3/2 28 Hình 2.32 Xi lanh khí nén 29 Hình 2.33 Xi lanh tác động đơn 30 Hình 2.34 Xi lanh tác động kép 30 Hình 2.35 Động điện 31 Hình 2.36 Động điện chiều động điện xoay chiều .32 Hình 2.37 Cấu tạo động điện xoay chiều pha 32 Hình 2.38 Cấu tạo chi tiết Stator 33 Hình 2.39 Ngun lí hoạt động động xoay chiều ba pha 33 Hình 2.40 Ngun lí biến tần 34 Hình 2.41 Biến tần Danfoss VLT® AQUA Drive FC 202 FC202PK75T2 35 Hình 2.42 Sơ đồ chân biến tần Danfoss AQUA Driver FC202 36 Hình 2.43 Kết nối chế độ Run/Stop 37 Hình 2.44 Biến tần Chziri ZVF330 Series 37 Hình 2.45 Sơ đồ nối dây biến tần Chziri ZVF330 Series 38 Hình 2.46 Mạng LAN mạng WAN 39 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 40 Hình 3.2 Sơ đồ nối dây khối cảm biến màu 41 viii CHƯƠNG THI CƠNG HỆ THỐNG Hình 4.25 Trang giám sát mơ hình Hình 4.26 Trang cài loadcell cần thiết c Viết chương trình khối xử lý trung tâm BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 68 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 69 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 70 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 71 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 72 CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Giải thích: Network 1: Dừng chạy hệ thống nút nhấn vật lý start/stop nút nhấn HMI Network 2: Điều khiển động Động chạy theo bit_onoff từ network1 Riêng động có phụ thuộc vào cảm biến quang phát sản phẩm đạt chất lượng màu sắc (đỏ) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Network 3: Lưu biến cảm biến quang (BIT_CB_Q1) phát hiện, xóa hết thời gian xử lý băng tải (hạn chế) Kể từ CB_Q2 phát hiện, sản phẩm khơng đạt tiêu chí màu sắc (màu xanh, khác màu đỏ) 0.1 giây sau xi lanh tác động để loại bỏ Hết 0.1 giây xóa biến màu sắc lưu Xi lanh tác động giây vị trí ban đầu Network 4: Cảm biến quang phát sản phẩm đỏ lưu BIT_CB_Q2, ngừng động 2, đồng thời xi lanh đưa cản Network 5: Bàn cân giữ ổn định 1,5 giây, sau so sánh khối lượng đo với khối lượng giới hạn, đồng thời kéo xi lanh về, cho chạy động Khi xi lanh xác định đẩy không đẩy để phân loại Network 6: Tính tốn khối lượng dựa theo công thức phụ thuộc vào giá trị analog khuếch đại loadcell, giá trị analog đầu, giá analog cuối Network 7: Lưu giá trị analog 0gram có nhấn nút từ HMI Network 8: Lưu giá trị analog 100gram có nhấn nút từ HMI Network 9: Sản phẩm xanh đếm dựa vào xi lanh tác động Network 10: Sản phẩm loại đếm dựa vào xi lanh tác động Network 11: Sản phẩm loại đếm dựa vào xi lanh thời gian xử lý bàn cân Network 12: Xóa đếm sản phẩm Network 13: Màu đỏ lưu có CB_MAU_DO tích cực đưa từ Arduino Network 14: Màu xanh lưu có CB_MAU_XANH tích cực đưa từ Arduino 4.5 HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG, THAO TÁC Bước 1: Bơm đủ khí vào bình chứa khí Bước 2: Kiểm tra an toàn hệ thống lần cuối Bước 3: Bật CB khởi động hệ thống Bước 4: Cài đặt lại loadcell cần thiết Bước 5: Nhấn start bảng điều khiển để bắt đầu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH CHƯƠNG THI CÔNG HỆ THỐNG Bước 6: Lần lượt đưa sản phẩm đến băng tải đợi hệ thống phân loại Bước 7: Nếu không tiếp tục sử dụng, tắt CB Lưu ý: Khi có cố, đập mạnh vào nút khẩn cấp BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 75 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Chương KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ 5.1 KIẾN THỨC THU ĐƯỢC oBiết cách lập trình Arduino giao tiếp với máy tính Hiểu nguyên lý mạch xử lý màu sắc, mạch khuếch đại loadcell oHọc lệnh TIA portal oHiểu thêm điều khiển, giám sát hệ thống thiết bị HMI oLàm quen với điều khiển động pha biến tần, biết cách sử dụng xi lanh oCài đặt mạng nội cho PLC, HMI máy tính 5.2 SẢN PHẨM KHI HỒN THÀNH Hình 5.1 Mơ hình hoàn thiện 5.3 KẾT QUẢ CHẠY HỆ THỐNG 5.3.1 Kết BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 76 CHƯƠNG KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ Hình 5.2 Kết phân loại 5.3.2 Theo dõi hệ thống HMI Hình 5.3 Kết cân sản phẩm sau lần cân Kết có chênh lệch ±10gram so với ban đầu BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 77 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI Hiện ứng dụng tự động hóa cơng nghiệp đóng vai trị quan trọng, ứng dụng để phân loại sản phẩm màu sắc phân loại hạt gạo, hạt cà phê, hạt đậu cân nặng phân loại trứng Đề tài nhóm em chọn “Thiết kế thi cơng mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc khối lượng” Với đề tài nhóm em làm nội dung sau: - Nghiên cứu dây chuyền phân loại sản phẩm Nghiên cứu điều khiển PLC Siemens S7-1200 1212AC/DC/RL - Nghiên cứu phần mềm TIA Portal V13 để lập trình điều khiển tự động hệ thống phân loại sản phẩm - Nghiên cứu cảm biến Loadcell khuếch đại loadcell, cảm biến màu sắc TSC 3200 - Đã thiết kế phần mềm với lưu đồ giải thuật chương trình chính: phân loại màu sắc khối lượng - Đã thi kế thi công phần cứng phân loại màu sắc khối lượng: sản phẩm không màu gạt qua bên, sản phẩm màu đem cân để chia loại loại - Đã thiết kế giao diện HMI với giao diện thân thiện trực quan, dễ sử dụng Mơ hình nhóm em hoạt động ổn định hạn chế như: - Chỉ phân loại sản phẩm có kích thước giới hạn từ 4cm x 4cm x 4cm, màu sắc xanh đỏ, cân nặng từ 1kg sai số cân khoảng ±10g - Chưa có khâu đưa sản phẩm lên băng tải, phải đưa tay - Mỗi lần phân loại có sản phẩm chạy băng tải nên nhiều thời gian để phân loại 6.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Cần phải phát triển hệ thống tự động hoàn toàn từ cho sản phẩm vào, phân loại sản phẩm, đóng thùng sản phẩm BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 78 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tuy hệ thống hoạt động với độ xác ±10g muốn hệ thống hoạt động vào ứng dụng thực tế cần phải nghiên cứu để giảm sai số xuống Cần thiết kế giao diện HMI sử dụng hiệu phải quản lý liệu hệ thống cách cập nhật liệu sang SQL, sau đưa liệu lên mạng ngược lại, điều khiển hệ thống từ xa thông qua Internet để phù hợp với cách mạng công nghiệp lần thứ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách Tham Khảo [1] PGS.TS Trần Thu Hà, ThS Trương Thị Bích Ngà, TS Nguyễn Thị Lưỡng, ThS Bùi Thị Tuyết Đan, ThS Phù Thị Ngọc Hiếu, ThS Dương Thị Cẩm Tú, “Giáo trình điện tử bản”, NXB Đại Học Quốc Gia Tp.HCM, 2013 [2]Trường ĐH SPKT TP.HCM, trung tâm Việt Đức, “Giáo trình thiết bị điện”, 2014 [3] Phạm Quang Huy, Nguyễn Duy Ngọc, “Điều khiển lập trình với S7-Tia Portal”, NXB Khoa học kỹ thuật, 2014 Trang Web Tham Khảo [1] Đồ án mơ hình điều khiển phân loại sản phẩm theo chiều cao, luanvan.net.vn http://luanvan.net.vn/luan-van/do-an-mo-hinh-dieu-khien-phan-loai-san-pham-theochieu-cao-su-dung-plc-s700-200-26407/ [2] Giới thiệu plc s7-1200, hỗ trợ chuẩn ethernet tcp/ip http://www.tpnewtech.com/tin-cong-nghe-plc/gioi-thieu-plc-s7-1200/361/458/ [3] Giới thiệu van điện từ khí nén 3/2 cách lắp đặt sử dụng https://vandientublog.wordpress.com/2017/12/12/van-dien-tu-khi-nen-3-2/ [4] Hướng dẫn sử dụng Moudule cảm biến màu sắc TCS3200 http://mlab.vn/21025-huong-dan-su-dung-moudule-cam-bien-mau-sac-tcs3200.html [5] Data sheet INA 128P https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/545749/TI1/INA128P.html [6] Data sheet S7-1200 http://www.paratrasnet.ro/pdf/automatizari-industriale/S7-1200.pdf [7] Data sheet HMI KTP 700 http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/1300000-1399999/001359103da-01-en-SIMATIC_HMI KTP700_BASIC.pdf [8] Data sheet biến tần Danfoss http://files.danfoss.com/download/Drives/MG20N602.pdf 80 ... tài: “MƠ HÌNH PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ KHỐI LƯỢNG” 1.2 MỤC TIÊU Thiết kế thi cơng “Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc khối lượng? ??: - Nghiên cứu dây chuyền phân loại sản phẩm - Nghiên... quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng hàng hóa bán hệ thống phân loại sản phẩm Vì vậy, nhóm chúng em xin đưa đề tài: “Mơ hình phân loại sản phẩm theo màu sắc khối lượng? ?? Với đề tài này, nhóm hy... tải 44 Hình 3.8 Sơ đồ nối dây biến tần 45 Hình 3.9 Đẩy sản phẩm màu sắc không đạt 46 Hình 3.10 Phân loại sản phẩm chất lượng loại 1, loại 46 Hình 3.11 Sơ đồ nối