Arduino UNO R3 SMD - Khối phân loại màu

3. Khối phân loại màu

3.2 Arduino UNO R3 SMD

Arduino Uno R3 là dòng cơ bản, linh hoạt, thường được sửử̉ dụng cho người mới bắt đầu. Ta có thể sửử̉ dụng các dòng Arduino khác như: Arduino Mega, Arduino Nano,

Arduino Micro… Nhưng với những ứng dụng cơ bản thìì̀ mạch Arduino Uno là lựa chọn phù hợp nhất.

Điện áp hoat đông (công USB) Điên ap câp bên ngoai

Chân Digital Chân Analog

Dong tôi đa trên chân Digital

Dung lương bô nhơ

Tốc độ xửử̉ lý

Bảng 5: Thông số Arduino UNO R3 SMD

3.3 Arduino Ethernet Shield W5100

Arduino Ethernet Shield W5100 sửử̉ dụng chip W5100 từ hãng Wiznet cho tốc độ và khả năng kết nối ổn định nhất, bộ thư viện đi kèm và phần cứng với cách kết nối dễ dàng khiến cho việc kết vối Arduino với Ethernet đơn giản hơn bao giờ hết, thích hợp để làm các ứng dụng điều khiển thiết bị qua mạng, IoT,...

Thông số kỹ thuật:

Để sửử̉ dụng phải có board mạch Arduino đi kèm

Hoạt động tại điện áp 5VDC (được cấp từ mạch Arduino) Chip Ethernet: Wiznet W5100

Tốc độ kết nối: 10/100Mb

Kết nối với mạch Arduino qua cổng SPI

Thư viện và code mẫu có sẵn trong chương trìì̀nh Arduino.

Hình 3.7: Arduino Ethernet Shield

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 22

4. Khối cơ cấu chấp hàà̀nh 4.1 Tíí́nh chọn băng tai

Với đề tài băng tải phân loại sản phẩử̉m theo màu sắc, nhóm em đã phân tích, chọn băng tải PVC có các thông số sau:

Kích thước: 500 x 100 (mm). Đương kinh truc Rulo: 250 (mm). Pully dẫn động của động cơ: 16 răng. Pully dẫn động của trục roller: 30 răng.

Hình 3.8: Mô phỏng băng t i vẽ bằng phần mềm Autodesk Fusion 360ảả

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 23

4.2 Đông cơ truyên tai

Tỉ số truyên cua đông cơ: 1630

Với tốc độ quay của động cơ: 200 RPM

Tốc độ quay của trục roller: 1630 x 200 = 106,6 RPM

Tốc độ của băng tải V = π . D. N =π .25 .106,6

= 0,14 M/s 60.1000 60.1000

Trong đó:

– V: tốc độ của băng tải (M/s) – D: đường kính trục roller (mm) – N: tốc độ quay của trục roller (RPM)

Momen xoắn trên trục roller M = 4,5x 30

16 ≈ 8,4375 kg/cm

Tư cac thông sô tinh toan ơ trên, nhom em chon đông cơ DC giam tôc 545

200RPM.

– Đông cơ DC giam tôc 545 200RPM có cấu trúc hộp giảm tốc, giúp trục chính

bị khóa gần như không di chuyển khi động cơ không hoạt động, phù hợp với các ứng dụng Robot, trục kéo, xoay khóa cố định,...

– Hộp giảm tốc của động cơ có nhiều tỉ số truyền giúp ngươi sử dung dễ dàng lựa

chọn giữa lực kéo và tốc độ (lực kéo càng lớn thìì̀ tốc độ càng chậm và ngược lại), động cơ sửử̉ dụng lõi dây đồng nguyên chất, lá thép 407, vòng tiếp xúc niken, nam châm từ tính mạnh,...

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 24

Tên

Điên ap hoat đông Đương kinh truc Moment xoăn

Tôc đô quay cua đông cơ

Bảả̉ng 6: Thông số động cơ Servo MG90S

Hình 3.9: Đ ng cơ DC giam tôcô 545 200RPM

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 25

4.3 Tíí́nh chọn động cơ đẩy

Do chê đô lam viêc cua đông cơ ngăn han va đê phu hơp vơi đê tai, nhom em sử dung đông cơ servo MG90S để đẩử̉y vật liệu khỏi băng tải.

Động Cơ Servo MG90S là phiên bản nâng cấp của động cơ RC Servo 9G với các bánh răng được làm bằng kim loại cho lực kéo mạnh và độ chính xác cao hơn các loại

làm bằng nhựa. Động cơ MG90S thường được sửử̉ dụng để làm các mô hìì̀nh nhỏ hoặc các cơ cấu kéo không cần đến lực nặng, động cơ RC Servo MG90S có tích hợp sẵn Driver điều khiển động cơ bên trong nên có thể dễ dàng điều khiển góc quay bằng phương pháp điều độ rộng xung PWM.

Tên

Điên ap hoat đông

Moment xoăn

Tôc đô

Chê đô lam viêc Đô dai nôi dây Kich thươc Trong lương

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 26

4.4 Khối cảm biến khoảng cách

Nhóm em quyết định chọn cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 vìì̀ mốt số ưu điểm như chất lượng tốt với độ bền và độ ổn định cao, cảm biến sửử̉ dụng ánh sáng hồng ngoại để xác định vật cản phía trước cảm biến, cảm biến phát ra tia hồng ngoại với dải tần số chuyên biệt cho khả năng chống nhiễu tốt kể cả ở điều khiện ánh sáng ngoài trời.

Hình 3.11: C m bi n vật c n hồng ngoại E3F-DS30C4ảả ếế ảả

Cảm biến có thể chỉnh khoảng cách báo mong muốn thông qua biến trở, ngõ ra

cảm biến ở dạng cực thu hở nên cần thêm 1 trở keo lên nguồn ở chân output khi sửử̉ dụng.

Tên Model Số dây tín hiệu Điên ap hoat đông Dong tiêu thu

Khoảng điều chỉnh cảm biến Dòng kích ngõ ra

Khoảng cách phát hiện vật cản Góc khuếch tán (góc chiếu) Kích thước

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 27

4.5 Tíí́nh chọn khung kết cấu băng tải

Nhóm em quyết định sửử̉ dụng khung nhôm định hìì̀nh để kết cấu băng tải nhờ vào các ưu điểm sau:

– Có đặc tính cách ẩử̉m, cách nhiệt tốt chịu được khí hậu khắc nhiệt.

– Với lớp sơn tĩĩ̃nh điện giúp cửử̉a nhôm có thể chống chịu được sự tấn công của muối mọt, đồng thời không hề bị tác động bởi quá trìì̀nh oxy hóa.

– Rất dễ linh động trong quá trìì̀nh lắp đặt.

– Độ bền cao, được thiết kế các rãnh rỗng với các sống tăng cường hợp lý do đó việc sửử̉ dụng vật liệu này có thể giảm tải trọng của công trìì̀nh.

– Với mô hìì̀nh băng tải PVC loại nhỏ, băng tải dạng mô hìì̀nh và khối lượng sản phẩử̉m không đáng kể vìì̀ vậy phần khung băng tải nhóm em chọn loại nhôm định hìì̀nh 20x20 thuộc loại nhỏ nhất của nhôm định hìì̀nh dùng cho băng tải hiện tại. Hai loại nhôm định hìì̀nh đảm bảo được tính thẩử̉m mỹ và dễ dàng trong việc lắp đặt và di chuyển do có khối rất nhẹ.

Hình 3.12: khung nhôm định hình 20cm

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 28

5. Giới thiệu bộ chuyển đổi tíí́n hiệu đầu vàà̀o cho PLC sử dụạ̣ng chuẩn Ethernet

Bộ chuyển đổi tín hiệu là một thiết bị có chức năng chuyển đổi tín hiệu đầu ra của thiết bị 1 (các cảm biến) thành tín hiệu đầu vào của thiết bị 2 (PLC) mục đích giúp hệ thống xửử̉ lý được các yêu cầu bài toán đặt ra. Các loại tín hiệu thường được chuyển đổi trong công nghiệp đó là tín hiệu Analog, tín hiệu Digital, tín hiệu truyền thông như RS232, RS485, Ethernet, vv.

Hiện nay một số hãng PLC phổ biến như Delta, Mitsubishi, Omron, Siemens,... Trong đó phổ biến nhất và thông dụng nhất là hãng Siemens điển hìì̀nh là các dòng PLC S7-200, S7-300, S7-400, S7-1200, S7-1500. Tuy nhiên còn gặp khó khăn đó là trên CPU của PLC có rất ít các ngõ vào tín hiệu analog cho nên việc giải quyết các bài toán về vấn đề này gặp nhiều khó khăn. Chính vìì̀ vậy nhóm chúng em đưa ra giải pháp xây dựng bộ chuyển đổi tín hiệu đầu vào cho PLC sửử̉ dụng chuẩử̉n Modbus (TCP/IP) để có thể giúp cho PLC dễ dàng giao tiếp được với nhiều loại cảm biến và theo các chuẩử̉n giao tiếp khác nhau và phổ biến hiện nay như: I2C, SPI, OneWire, Analog.

Để giải quyết vấn đề truyền thông giữa module chuyển đổi tín hiệu đầu vào và PLC, nhóm chúng em sửử̉ dụng giao thức Modbus (TCP/IP), đó là giao thức được truyền thông qua chuẩử̉n TCP/IP. Các thiết bị client và server sửử̉ dụng địa chỉ IP để nhận dạng và giao tiếp với nhau, trong chuẩử̉n giao tiếp này dữ liệu được mã hóa trong một gói tin TCP/IP.

Hinh 2.4: Sơ đồ khối module chuyển đổi

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 29

CHƯƠNG IV. THI CÔNG HỆ THỐNG

Như vậy qua việc tính toán và phân tích từ chương III (mục 3) nhóm em đã phân tích tính toán giới hạn được phạm vi của hệ thống. Từ đó tính toán chọn lựa được các cơ cấu dẫn động và các loại cảm biến một cách hợp lý để vận hành hệ thống. Qua đó ta hiểu được các tính chất và nguyên lý hoạt động của các sản phẩử̉m đã tính toán chọn lựa.

Vìì̀ vậy ở chương IV nhóm em bắt đầu đi vào lập trìì̀nh cho hệ thống phân loại sản phẩử̉m. Sửử̉ dụng bộ điều khiển lập trìì̀nh PLC và cuối cùng vận hành và đánh giá khả năng phân loại của hệ thống.

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 30

Tên vât tư

PLC Siemens S7 – 1200 CPU 1212C DC/DC/DC Nguôn tô ong 24V – 10A

Module hạ áp DC-DC Buck LM2596 5VDC – 3A Cam biên mau săc TCS35725

Board Arduino UNO R3 SMD Module relay 4 kênh 5V DC Dây belt băng tai 500 x 100mm

Đông cơ DC giam tôc JGB37-555 60 RPM

Đông cơ Servo MG90S

Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 Đen bao tin hiêu 24V DC

Công tăc chuyên mach 2 vi tri Nut dưng khẩn câp

Nut nhân nha Cầu đấu 12p 10A Cầu đấu 6p 10A Thanh ray 30cm

Khung nhôm đinh hình 20cm Formex đong tu điên (5 ly)

1. Danh sach vât tư

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 31

2. Lưu đồ giai thuât

Hình 4.1: Lưu đồ gi i thuật PLCảả

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 32

Hinh 4.2: Lưu đồ giảả̉i thuật Arduino

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 33

3. Sơ đồ mạch đông lực

Hình 4.3: Mạch đ ng lựcôộ

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 34

4. Sơ đồ nôi dây khôi phân loại màu sắc

Hình 4.4: Sơ đô nôi dây khôi đ ng cơ va khôi phân loai mau săcô

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 35

5. Lâp trình hê thông trên TIA Protal V16

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 36

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 37

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 38

6. Nguyên lý hoạạ̣t động của hệ thống.

Khởi động:

– Khi gạt công tắt sang chế độ Auto, Manual thìì̀ đèn xanh lá sẽ sáng, thể hiện hệ thống đang hoạt động.

– Khi xoay nút dừng khẩử̉n cấp, hệ thống tạm ngưng, đèn đỏ sẽ sáng cho đến khi nhấn lại.

Chế độ Auto:

– Lúc này, động cơ băng tải hoạt động. Nếu có hàng trong bệ cấp mẫu, cảm biến S1 (NPN) từ mức cao xuống mức thấp. PLC sẽ kích ngõ ra Q0.2, thông qua relay trung gian PUSH, truyền tín hiệu digital sang adruino. Sau đó, adruino sẽ cho servo đẩử̉y sản phẩử̉m vào băng tải.

– Sản phẩử̉m chạy vào cabin và được cảm biến TCS34725 quét màu, adruino sẽ xửử̉ lí và truyền tín hiệu sang PLC thông qua RL1, RL2 của module relay. Nếu sản phẩử̉m màu đỏ RL1 kích, màu xanh lá RL2 kích, màu vàng cả 2 relay đều kích.

– Sau khi nhận tín hiệu từ adruino, sản phẩử̉m sẽ chạy đến vị trí các máng phân loại. Nếu sản phẩử̉m màu đỏ, PLC nhận tín hiệu tửử̉ RL1, khi sản phẩử̉m đi qua cảm biến S2, ngõ ra Q0.3 sẽ kích relay trung gian DO. Báo cho adruino điều khiển servo đẩử̉y sản phẩử̉m ra máng trược. Tương tự nếu sản phẩử̉m màu xanh lá, relay LUC sẽ được kích và nếu là màu vàng thìì̀ cả 2 relay DO và LUC đều được kích.

– Chỉ khi nào servo quay về vị trí ban đầu và các relay RL1, RL2 nhả tiếp điểm, thìì̀ quá trìì̀nh kích đẩử̉y sản phẩử̉m ra băng chuyền mới được tiếp tục.

– Ngoài ra, nếu như sau 30 giây cảm biến S1 không nhận thấy có sản phẩử̉m trong bệ cấp mẫu thìì̀ băng tải sẽ tạm ngưng hoạt động cho tới khi có sản phẩử̉m mới sẵn sàng.

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 39

Chế độ Manual:

– Khi gạt sang chế độ này băng tải sẽ chạy liên tục. – Nhấn nút BTN3 để kích đẩử̉y sản phẩử̉m vào băng tải.

– Nhấn nút BTN1 để phân loại sản phẩử̉m màu đỏ. Tương tự, BTN2 để phân loại sản phẩử̉m màu xanh lá.

– Nếu sản phẩử̉m màu vàng, thìì̀ để cho chạy đến cuối băng tải.

Hiển thị:

– Adruino được kết nối với LCD 1602, khi servo phân loại hoàn thành 1 chu kìì̀ quay thìì̀ sẽ hiển thị số lượng từng loại sản phẩử̉m đã được phân loại.

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 40

7. Hinh anh san phâm thực tê

Hinh 33: Hinh ảnh thực tê hê thông phân loai sản phân theo màu sắc (ảnh 1)

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 41

CHƯƠNG V. KẾT LUẬN

1. Ưu điểm

Mô phỏng được 1 băng tải phân loại sản phẩử̉m màu sắc cơ bản.

Băng tải có khả năng phân loại được các sản phẩử̉m với nhiều loại màu sắc mà không phải sửử̉ dụng xửử̉ lí ảnh (vốn phức tạp và chi phí cao).

Các thiết bị, linh kiện sửử̉ dụng có chi phí thấp, việc lắp đặt và thiết kế khá đơn giản.

2. Nhược điểm

Tốc độ xửử̉ lí của hệ thống chưa đáp ứng được yêu cầu trong công nghiệp.

Khâu phân loại màu còn nhiều sai số dẫn đến khó có thể phân loại được sản phẩử̉m có nhiều màu trộn lẫn. Ngoài ra, hệ thống còn dễ bị nhiễu bởi ánh sáng tự nhiên, nhiễu bởi từ trường của động cơ.

Các linh kiện có độ chính xác chưa cao, khoảng cách giao tiếp với PLC ngắn (khoảng dưới 10m).

3. Phương hướng phát triển

Nâng cấp chương trìì̀nh điều khiển để phân loại được nhiều màu với độ đậm nhạt khác nhau.

Nghiên cứu và phát triển về bảng điều khiển HMI, hiển thị thông số đếm các loại sản phẩử̉m,…

Nghiên cứu thêm về tín hiệu tương tự trong PLC để tăng tốc độ xửử̉ lí của hệ thống.

Quản lí và giám sát hệ thống qua thiết bị di động.

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 42

CHƯƠNG VI. NGUỒN THAM KHAO https://advancecad.edu.vn/ https://mesidas.com/ https:// wikipedia .com/ https://dienelectric.com/ https://mtee.vn/ https://new.siemens.com/ https://hoplongtech.com/ https://plctech.com.vn/ https://nshopvn.com/ https://www.youtube.com/ https://hshop.vn/ https://siemens-vietnam.vn/ http://dienngocanh.com/ https://www.dailysiemens.net/ https://vnqtech.com/

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 43

PHU LUC

1. Kêt nôi TCS34725 vơi Arduino

– Cach kêt nôi: PLC se nhân gia tri tư cam biên thông qua Arduino UNO R3, co 2

kiêu giao tiêp cua TCS34725 vơi Arduino: I2C va UART.

o I2C: đê giao tiêp I2C, ta nôi 2 chân S1 va G, chân SCL va SDA kêt nôi vơi

Arduino. Hoăc cung co thê nôi 2 chân G va S0, chân CT va DR kêt nôi vơi Arduino. Chân Vcc nôi vơi nguôn 3.3 ~ 5VDC, GND 0V.

o UART: đê giao tiêp UART, ta chi cân nôi 2 chân CT va chân DR vơi

Arduino. Chân Vcc nôi vơi nguôn 3.3 ~ 5VDC, GND 0V.

TCS34725(ky hi u cac chân)ê

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 44

2. Code Arduino

GVHD: NGUYỄN VĂN NGA TRANG 45