Chức năng các khối:
•Khối xử lý màu sắc: Có chức năng xử lý tín hiệu từ cảm biến màu sắc và gửi tín hiệu đến khối xử lý trung tâm.
•Khối cảm biến vật cản hồng ngoại: Bao gồm cảm biến màu sắc và cảm biến nhận biến vật cản. Có chức năng nhận biết màu sắc và nhận diện sản phẩm khi chạy qua trên băng tải.
• Khối động cơ, băng tải: Có chức năng tải sản phẩm đến các khu vực xử lý khác trong hệ thống.
• Khối van điện từ khí nén: Có chức năng chặn sản phẩm để đưa sản phẩm được phân loại ra khỏi băng chuyền.
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
•Khối xử lý trung tâm: Có chức năng nhận, xử lý thông tin và điều khiển các khối khác.
•Khối nguồn: Có chức năng cấp nguồn cho cả hệ thống.
4.1.1 Khối xử lý màu sắc
Nhận biết màu sắc sản phẩm.
Sử dụng cảm biến màu sắc Keyence Sê-ri CZ-V20 để nhận biết màu sắc của sản phẩm.
Trên thị trường có nhiều loại cảm biến màu khác nhau như Omron Sê-ri E3ZM- V; Mítsubishi Sê-ri BC nhận diện được đơn sắc, Chúng em chọn cảm biến màu
Keyence Sê-ri CZ-V20 để nhận biết màu cho sản phẩm.Vì modul cảm biến màu Keyence Sê-ri CZ-V20 có thể khắc phục được nhược điểm chỉ nhận diện được 1 màu trên 1 cảm biến (tối đa 4 màu 1 modul, có thể ghép nối các modul để nhận được nhiều màu hơn)
Quá trình hoạt động của cảm biến Keyence Sê-ri CZ-V20:
Sê-ri CZ-V20 phát hiện đối tượng hoạt động theo màu sắc nhờ các nguồn sáng đèn LED màu đỏ, màu xanh, và màu xanh lá cây đã được tích hợp. Các ứng dụng trước đây gặp khó khăn trong việc giải quyết với cảm biến nguồn sáng đơn giờ đây đã có thể được giải quyết dễ dàng.
Phát hiện mục tiêu bằng màu sắc, nhờ đó đạt được khả năng chống chịu rung tuyệt vời. Với cảm biến quang thông thường, độ rung làm thay đổi cường độ ánh sáng, dẫn đến sự cố và không thể phát hiện ổn định
Phân biệt màu sắc tốt hơn cảm biến loại đơn sắc. Phân biệt màu sắc tốt hơn cảm biến loại đơn sắc.
Ít bị ảnh hưởng bởi hình dạng, vị trí, độ nghiêng và độ bóng bề mặt CZ- H35S/CZ-H37S kết hợp một bộ lọc phân cực giúp triệt tiêu độ phản xạ từ phần có độ bóng và chỉ nhận biết các mục tiêu thông qua các thành phần màu của chúng. CZ-
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
H35S/CZ-H37S duy trì khả năng phát hiện chính xác bất kể điều kiện mục tiêu thay đổi
Đầu cảm biến: phát quang và hấp thụ
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. Dựa trên nguyên lý sự phản xạ, hấp thụ ánh sáng trắng của vật thể và sự phối trộn màu sắc bởi 3 màu cơ bản Blue, Green, Red thì
Keyence CZ-H32 có cấu tạo là 4 bộ lọc photodiode Blue, Green, Red và clear để nhận biết màu sắc vật thể dựa trê mức độ phản xạ lại ánh sáng RGB
Bộ khuếch đại tín hiệu
Khối xử lý màu sắc dùng để nhận dữ liệu và xử lý màu sắc đọc từ đầu dò quang
CZ-H32, sau đó điều khiển khối công suất làm ngõ vào cho PLC. Bộ khuếch đại có tối đa 4 ngõ tín hiệu đầu ra
Kết nối với PLC:
Hình 4. 2: Sơ đồ kết nối với PLC
4.1.2. Khối cảm biến vật cản hồng ngoại
Cảm biến vật cản hồng ngoại có khả năng nhận biết vật cản ở môi trường với một cặp LED thu phát hồng ngoại để truyền và nhận dữ liệu hồng ngoại. Tia hồng ngoại
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
phát ra với tần số nhất định, khi có vật cản trên đường truyền của LED phát nó sẽ phản xạ vào LED thu hồng ngoại, khi đó LED báo vật cản trên module sẽ sáng, khi không có vật cản, LED sẽ tắt. Hiện nay trên thị trường có khá nhiều cảm biến vật cản hồng ngoại như E3F - DS30C4, E18 - D50NK, TCRT5000 FC - 123, E18 – D80NK…và theo yêu cầu của đề tài nên nhóm chọn cảm biến Omron E3Z-D81 2M để phục vụ cho đề tài.
Vì tín hiện ra của cảm biến vật cản sẽ đưa về ngõ vào của PLC để xử lý cùng với đó vì cảm biến Omron E3Z-D81 2M là loại cảm biến NPN nên khi được kích tín hiệu đưa ra sẽ xuống mức 0V nên nhóm sẽ nối chân L+ với 1M trên PLC để có thể kích được mức thấp đưa vào PLC. Dưới đây là mạch giao tiếp giữa cảm biến E3F-DS30C4 với PLC và sơ đồ chân.
Hình 4. 3: Sơ đồ chân cảm biến hồng ngoại
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Hình 4. 4 : Mạch giao tiếp giữa cảm biến Omron E3Z-D81 với PLC
4.1.3.Khối động cơ, băng tải
Khối động cơ, băng tải sẽ thực hiện việc chuyển sản phẩm cần phân loại đến vị trí của cảm biến màu và thực hiện phân loại màu trên hệ thống. Do giới hạn của hệ thống chỉ là mô hình nhỏ nên nhóm sử dụng động cơ DC với điện áp 12V.
Động cơ được điều khiển bởi PLC và được kết nối với ngõ vào PLC như sau:
Hình 4. 5: Sơ đồ kết nối động cơ với PLC
4.1.4. Khối van điện từ, khí nén
Xilanh khí nén
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Hệ thống điều khiển khí nén sẽ thực hiện nhiệm vụ đưa sản phẩm ra khỏi băng tải để hoàn thành việc phân loại. Hệ thống sẽ gồm 2 phần chính là xi lanh và van điện từ.
Xi lanh khí nén là dạng cơ cấu vận hành có chức năng biến đổi năng lượng tích lũy trong khí nén thành động năng cung cấp cho các chuyển động. Xi lanh khí nén hay còn được gọi là pen khí nén là các thiết bị cơ học tạo ra lực, thường kết hợp với chuyển động, và được cung cấp bởi khí nén (lấy từ máy nén khí thông thường).
Hình 4. 6 : Cấu tạo xilanh khí nén
Để thực hiện chức năng của mình, xi lanh khí nén truyền một lực bằng cách chuyển năng lượng tiềm năng của khí nén vào động năng. Điều này đạt được bởi khí nén có khả năng nở rộng, không có đầu vào năng lượng bên ngoài, mà chính nó xảy ra do áp lực được thiết lập bởi khí nén đang ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển. Sự giãn nở không khí này làm cho piston di chuyển theo hướng mong muốn.
Một khi được kích hoạt, không khí nén vào trong ống ở một đầu của piston và do đó, truyền tải lực trên piston. Do đó, piston sẽ di dời (di chuyển) bằng khí nén.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại xi lanh với kích thước và công dụng khác nhau như xi lanh vuông, xi lanh tròn, xi lanh kẹp, xi lanh compact, xi lanh xoay, xi lanh trượt… Với yêu cầu của đề tài nhóm quyết định chọn 2 xi lanh tròn để sử dụng.
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Hình 4.11: Xylanh STNC TGC100
Van khí nén
Để xi lanh hoạt động được thì ta cần có van điện từ để điều khiển hành trình của pittong.
Van điện từ còn được gọi với cái tên solenoid valve. Đây là một thiết bị cơ điện, dùng để kiểm soát dòng chảy chất khí hoặc lỏng dựa vào nguyên lí chặn đóng mở do lực tác động của cuộn dây điện từ.
Hình 4. 7: Van điện từ
Đối với van điện từ thì tùy vào loại xi lanh mà chúng ta có cách chọn cho phù hợp riêng với xi lanh mà nhóm chọn thì có các loại van 4/2, 5/2 hoặc 5/3 với một hoặc hai đầu cuộn dây. Và nhóm chọn 2 van 5/2 một đầu cuộn dây để thực hiện điều khiển.
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Hình 4. 8: Van điện từ 5/2
Để điều khiển được hành trình của pittong xi lanh thì ta sẽ điều khiển các cuộn dây của van điện từ thông qua PLC. Dưới đây là sơ đồ kết nối các cuộn dây của van với ngõ ra PLC:
Hình 4. 9: Sơ đồ kết nối của van điện từ 5/2 với PLC
Rơ le trung gian
Được cấu tạo từ nam châm điện và hệ thống các tiếp điểm đóng cắt, với thiết kế nhỏ gọn, module hóa, dễ dàng lắp đặt và thay thế. Ngày nay rơ le trung gian được dùng rất nhiều trong ngành điện tử, đặc biệt là tích hợp trong các tủ điện, tủ điều khiển và hệ thống máy móc công nghiệp.
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Trong thực tế bộ rơ le trung gian gồm nhiều tiếp điểm và hoạt động với các mức điện áp khác nhau, tùy theo nhu cầu sử dụng mà khách hàng có thể lựa chọn:
- Mức hoạt động phổ biến trong môi trường công nghiệp là 5v, 12v, 24v (DC) và 220v AC.
- Với 1 loại tiếp điểm, 2 tiếp điểm, 4 tiếp điểm người ta thường quy chuẩn ra chân như rơ le 8 chân, 14 chân …
- Tất cả các thông số kỹ thuật, sơ đồ kết nối được kèm theo catalog hay được khắc trực tiếp lên thiết bị, thân thiện cho mọi người có thể lắp đặt, kiểm tra sau này.
Chỉ cần 1 cặp tiếp điểm thường mở là điều khiển được 1 van, nhưng nhóm chúng em chọn 3 rơ le trung gian loại 14 chân để thực hiện đề tài này phòng trường hợp hỏng cặp tiếp điểm thì có thể thay thế ngay được.
Hình 4. 10: Rơ le trung gian 14 chân
4.1.5. Nguồn 1 chiều 24V.
Đối với khối nguồn do ở đây chúng ta cần nguồn 24 VDC để cấp cho khối xử lý trung tâm nên cần dùng bộ chuyển đổi nguồn tổ ong 24 VDC.
Với khối xử lý màu sắc ta có dòng của các linh kiện như bảng sau: Tên kinh kiện
PLC S7-1200
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP
Keyence CZ-V20 Van điện từ
Bảng 4. 1: : Bảng liệt kê các linh kiện sử dụng dòng chính
Tổng dòng của các linh kiện ở khối xử lý màu sắc là 1030 mA. để tiện trong việc thiết kế nhóm sử dụng nguồn DC 24V – 5A
Hình 4. 11: Nguồn 24 VDC
- Thông số kĩ thuật:
+ Nguồn cấp: 100-240VAC, 50/60 Hz hoặc 90-350VDC
+ Nguồn ra có thể điều chỉnh: –10% ~ 15% (V.ADJ)
+ Ngõ ra ảnh hưởng bởi nhiệt độ: 0.05%/°C max.
+ Bảo vệ quá tải: 121% ~ 160% dòng định mức
+ Chức năng mắc song song: Có
+ Cho phép mắc nối tiếp 2 bộ nguồn (gắn thêm diode ngoài)
+ Nhiệt độ là việc: –40 ~ 70°C
+ Cách ly ngõ vào /ra: 100 MΩ min. với điện áp 500VDC
4.1.6. Khối xử lý trung tâm
Khối xử lý trung tâm sẽ thực hiện lấy tín hiện từ khối cảm biến màu sắc, các cảm biến vật cản để xử lý và xuất tín hiệu điều khiển ra các van điện từ để phân loại cà
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
chua. Ở đây khối xử lý trung tâm chính là PLC S7 – 1200. Ở phân khúc 1200 thì có các dòng 1211, 1212, 1214, 1215… Mỗi dòng có số cổng I/O khác nhau. Ở đây nhóm sử dụng 8 ngõ vào và 4 ngõ ra thì có 2 loại thông dụng phù hợp đó là S7-1200 CPU 1212 (8DI/6DO) hoặc CPU 1214 (14DI/10DO). Và cuối cùng thì nhóm chọn PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC cho thoải mái đầu vào/ra.
Hình 4. 12: PLC S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC Với nguồn cấp cho PLC là nguồn DC 24V, ngõ vào 24VDC, ngõ ra DC.
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Hình 4. 13: Sơ đồ ngõ vào, ra và nguồn hoạt động của PLC S7-1200 CPU 121 4.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống.
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Hình 4. 14: Sơ đồ đấu nối dây hệ thống
4.3. Lập trình cho PLC4.3.1. Lập trình cho PLC 4.3.1. Lập trình cho PLC
a. Yêu cầu điều khiển của hệ thống Các tín hiệu đầu vào của hệ thống
+ Nút bấm Start, Stop
+ Cảm biến 1: Là CB quang phát hiện vật và đẩy vào băng tải.
+ Cảm biến 2: Là CB màu sắc Keyence CZ-V20 nhận diện 3 màu : Đỏ , Xanh Lá , Xanh Dương
+ Cảm biến 3: Là CB quang phát hiện vật và đẩy sản phẩm màu đỏ vào thùng va đếm
+ Cảm biến 4: Là CB quang phát hiện vật và đẩy sản phẩm màu Xanh lá cây vào thùng và đếm
+ Cảm biến 4: Là CB quang phát hiệnsản phẩm màu Xanh dương và đếm
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC Các cơ cấu chấp hành đầu ra:
+ Động cơ kéo băng tải chạy
+ Đèn báo Auto , Manu, LED đỏ, LED xanh dương, Led xanh lá cây + xylanh1, van1: để đẩy sản phẩm vào băng tải
+ xylanh2, van2: để đẩy sản phẩm Đỏ ra khỏi băng tải
+ xylanh3, van3: để đẩy sản phẩm Xanh lá cây ra khỏi băng tải
b. Phân tích sơ đồ
Phân tích sơ đồ công nghệ
Băng tải vận chuyển CB1 SP loại đỏ Xylanh 1 SP loại xanh lá
- Phân tích sơ đồ công nghệ
Trần Ngọc Hiếu - Nguyễn Hữu Phước - Trang bị điện - K58
ĐỒ ÁN TÔT NGHIỆP HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SP THEO MÀU SẮC
Khi bấm Start thì hệ thống bắt đầu làm việc , Cảm biến phát hiện vật trên băng tải thì cho phép băng tải hoạt động . Sau đó , sản phẩm được đưa tới cảm biến màu sắc để phân loại ( trong T1=2s ) sản phẩm , khi sp dừng lại để phân loại thì C1 sẽ đếm tất cả các sản phẩm đi vào để phân loại :
+, Nếu sản phẩm là màu đỏ thì băng tải hoạt động đưa sản phẩm đến đến cảm biến phát hiện màu đỏ rồi dừng lại , pitton 2 sẽ đẩy sản phẩm xuống thùng chứa số sản phẩm đỏ và bắt đầu đếm số sản phẩm đỏ bằng C2 ( Counter : Bộ đếm )
+, Nếu sản phẩm là màu xanh lá thì băng tải hoạt động đưa sản phẩm đi quả cảm biến đỏ ( CBĐ = 0 , pitton 2 = 0 ) đến đến cảm biến phát hiện màu xanh lá rồi dừng lại
, pitton 3 sẽ đẩy sản phẩm xuống thùng chứa số sản phẩm xanh và bắt đầu đếm số sản phẩm xanh lá bằng C3 ( Counter : Bộ đếm )
+, Nếu sản phẩm là màu xanh dương thì băng tải hoạt động đưa sản phẩm đi qua cảm biến đỏ và xanh lá ( CBĐ = 0 , CBX = 0 , pitton 2 = 0 , pitton 3 = 0 ) đến cảm biến phát hiện màu xanh dương , sản phẩm sẽ rơi xuống thùng chứa số sản phẩm xanh