HỆ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO màu sắc, có CODE

1.5 Dự kiến kết quảHệ thống được mô phỏng hoàn chỉnh, các cảm biến màu sắc và xy lanh hoạt động ổn định để có thể đẩy sản phẩm vào các thùng chứa tương ứng.Mô phỏng hoàn thiện các chức n

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM

THEO MÀU SẮC, CÓ CODE

DANH MỤC CÁC TỰ VIẾT TẮT

PLC: Programmable Logic Controller

HMI: Human Machine Interface

SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition.

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống

Hình 2.0 Cấu trúc của PLC

Hình 2.1 Cảm biến màu sắc TCS3200

Hình 2.2 Sơ đồ chân cảm biến TCS3200

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến TCS3200.Hình 2.4 Cảm biến quang điện

Hình 2.5 Cấu tạo của cảm biến quang

Hình 2.6 Cấu tạo của xi lanh khí nén

Hình 4.7 Điều khiển băng tải và xi lanh

Hình 4.8 Điều khiển xi lanh

Hình 4.21 Mô phỏng quá trình di chuyển của sản phẩm xanh.Hình 4.22 Mô phỏng sản phẩm vàng.

Hình 4.23 Mô phỏng quá trình di chuyển của sản phẩm vàng.Hình 4.24 Đếm tổng sản phẩm

Hình 4.25 Hàm thời gian thực

Hình 4.26 Hàm nhập thời gian để khởi động

Hình 4.27 Hàm nhập thời gian để tắt hệ thống

Hình 4.28 Cảnh báo của động cơ băng tải

Hình 4.29 Cảnh báo của xi lanh và cảm biến

Hình 4.30 Cảnh báo của xi lanh và sản phẩm rơi

Hình 4.31 Dừng băng tải khi có cảnh báo

Hình 4.32 Sơ đồ thuật toán tổng quát

Hình 4.33 Sơ đồ thuật toán chế độ tự động

Hình 4.34 Sơ đồ thuật toán chế độ bằng tay

Hình 5.1 Giao diện màn hình chính

Hình 5.2 Giao diện màn hình điều khiển

Hình 5.3 Giao diện cảnh báo của hệ thống

Hình 5.4 Xuất dữ liệu cảnh báo dưới dạng PDF

Hình 5.5 Biểu đồ Trend view

Hình 5.6 Lưu trữ thông qua SQL Server

Hình 5.7 Xuất dữ liệu dạng PDF

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 2

1.1 Giới thiệu đề tài 2

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu 2

1.4 Phạm vi nghiên cứu 2

1.5 Dự kiến kết quả 3

1.6 Sơ đồ khối hệ thống 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Bộ điều khiển PLC 4

2.2 Cảm biến màu sắc TCS3200 6

2.3 Cảm biến quang 8

2.4 Xi lanh khí nén 10

2.5 Băng chuyền - Băng tải 11

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 13

3.1 Hình ảnh về thiết kế bằng HMI và mô phỏng bằng SCADA 13

CHƯƠNG 4 GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 20

4.1 Hoạt động của hệ thống 20

4.2 Lưu đồ giải thuật 34

CHƯƠNG 5: THỰC NGHIỆM 37

5.1 Tiến trình thực nghiệm 37

5.2 Kết quả thực nghiệm 37

5.3 Kết luận thực nghiệm 41

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 42

6.1 Ưu điểm 42

6.2 Nhược điểm 42

6.3 Hướng phát triển 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

PHỤ LỤC 44

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu đề tài

Đối với thời đại hiện nay, chúng ta không còn quá xa lạ với những hệ thống hiện đại như là hệ thống điều khiển, hệ thống giám sát tự động, …Nó được ra đời để đáp ứng phục vụ các nhu cầu cần thiết trong xã hội nhằm phát triển thay thế con người trong công việc giúp cho nó trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc sử dụng PLC kết hợp với phần mềm

mô phỏng bằng SCADA mà em đang thực hiện đóng góp một phần nhỏ để mở rộng với ứng dụng các kỹ thuật tự động giúp nâng cao kiến thức cho mọi người

Hệ thống phân loại sản phẩm hoạt động trên nguyên lý sử dụng cảm biến màu sắc

để xác định và phân loại sản phẩm dựa trên những màu sắc đã được quy định

1.2 Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu và áp dụng các chức năng đã học thông qua phần mềm mô phỏng TIA PORTAL.Để mô phỏng và ứng dụng vào hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc của mình Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng của hệ thống vào đời sống, xã hội

1.3 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài sử dụng WinCC RT ADVANCED để mô phỏng thiết kế và mô phỏng SCADA trong phần mềm TIAPORTAL V15 để mô phỏng lại toàn bộ quá trình hoạt động của hệ thống

Tìm kiếm và ứng dụng các chức năng của phần mềm để hoàn thiện hệ thống hơn

1.4 Phạm vi nghiên cứu

Hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc được ứng dụng rất nhiều trong đời sống

xã hội Trong nông nghiệp ta có thể sử dụng để phân loại sản phẩm như là các loại tráicây, phân loại các lon, các hộp có màu sắc giống nhau, …

1.5 Dự kiến kết quả

Hệ thống được mô phỏng hoàn chỉnh, các cảm biến màu sắc và xy lanh hoạt động ổn định để có thể đẩy sản phẩm vào các thùng chứa tương ứng.Mô phỏng hoàn thiện các chức năng của phần mềm TIA PORTAL V15 như là: phân quyền cho người sử dụng, các cảnh báo sẽ xảy ra nếu hệ thống bị lỗi, xuất các báo cáo về

số lượng sản phẩm hay các báo cáo về lỗi,…

1.6 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 1.1: Sơ đồ khối của hệ thống

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Bộ điều khiển PLC.

2.1.1 Giới thiệu về PLC (Programmable Logic Controller)

Hình thành từ nhóm các kỹ sư hàng đầu của hãng General Motors vào những năm

1968 với những ý tưởng ban đầu của họ là thiết kế một bộ điều khiển có thể đáp ứngcác yêu cầu như là:

 Giúp cho việc lập trình, ngôn ngữ lập trình trở nên thuận tiện và dễ dànghơn

 Dễ dàng trong việc thay thế hay sửa chữa

 Sử dụng ổn định trong các môi trường công nghiệp

 Giá cả cạnh tranh

Là thiết bị điều khiển lập trình cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điềukhiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình Ngôn ngữ lập trình PLC được sử dụngnhiều nhất như là LAD (Ladder logic), FBD (Function Block Diagram),

Hiện nay có rất nhiều hãng sản xuất PLC trên thế giới như: Siemens, Bradley, Mitsubishi Electric, General Electric, Omron, Honeywell…

Hình 2.0 Cấu trúc của PLCPLC thường yêu cầu bộ nhớ trong các trường hợp:

 Làm bộ định thời cho các kênh trạng thái I/O

 Làm bộ đếm trạng thái các chức năng trong PLC

Bộ nhớ của PLC có vai trò rất quan trọng, bởi nó được sử dụng để chứa toàn bộchương trình điều khiển, các trạng thái của các thiết bị phụ trợ Bộ nhớ bên trong PLCđược tạo bởi các vi mạch bán dẫn, mỗi vi mạch này có khả năng chứa 2.000 – 16.000dòng lệnh Các loại bộ nhớ hay sử dụng trong PLC:

 RAM (Random Access Memory): Là bộ nhớ có thể nạp chương trình, thayđổi hay xóa bỏ nội dung bất kỳ lúc nào Nhưng nội dung của RAM sẽ bị mất đinếu nguồn điện nuôi bị mất

 ROM (Read Only Memory):dùng để nhớ các lệnh điều khiển cơ bản và cáchàm toán học trong PLC và ta không thể thay đổi nội dung nhớ ngay cả khi mấtđiện

 EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) là bộ nhớ màngười sử dụng bình thường chỉ có thể đọc chứ không ghi nội dung vào được

 EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) liên kết với những truy xuất linh động của RAM và có tính ổn định Nội dung của nó

có thể được xóa và lập trình lại, tuy nhiên số lần lưu sửa nội dung là có giới hạn

 Bộ nhớ Flash:đĩa cứng hoặc đĩa mềm, được sử dụng trong máy lập trình Đĩa cứng hoặc đĩa mềm có dung lượng lớn nên thường được dùng để lưu những chương trình lớn trong một thời gian dài

2.2 Cảm biến màu sắc TCS3200.

2.2.1 Tổng quan về cảm biến màu sắc TCS3200.

Cảm biến màu sắc TCS3200 được sử dụng để nhận biết màu sắc bằng cách đophản xạ 3 màu sắc cơ bản từ vật thể là đỏ, xanh lá và xanh dương từ đó xuất ra tần sốxung tương ứng với 3 màu này qua các chân tín hiệu, đo 3 tần số xung này và qua 1vài bước chuyển đổi nhất định ta sẽ có đươc thông tin của màu sắc của vật thể cần đo

Hình 2.1 Cảm biến màu sắc TCS3200

2.2.2 Cấu tạo:

VDD (5) Chân cấp nguồn

OUT (6) Ngõ ra là tần số thay đổi phụ thuộc cường độ và màu sắc.S2, S3 (7,8) Ngõ vào chọn lại diode quang (photodiode)

Thông số kỹ thuật:

 Chuyển đổi cường độ ánh sang thành tần số có độ phân giải cao

 Lập trình lựa chọn bộ lọc màu sắc khác nhau và dạng tần số xuất ra

 Giao tiếp trực tiếp với mạch vi điều khiển

Hình 2.3 Nguyên lý hoạt động của cảm biến TCS3200.

Khối đầu tiên là mảng ma trận 8×8 gồm các photodiode Photodiode đơn giản làmột linh kiện bán dẫn chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện

 16 photodiode có thể lọc màu đỏ (red)

 16 photodiode có thể lọc màu xanh lá (green)

 16 photodiode có thể lọc màu xanh dương (blue)

 16 photodiode trắng không lọc (clear)

2.3 Cảm biến quang

2.3.1 Tổng quan về cảm biến quang

Cảm biến quang (Photoelectric Sensor) là một thiết bị dùng để xác định khoảngcách hay sự hiện diện của một vật bằng cách sử dụng một bộ phát ánh sáng Khi tiếpxúc với ánh sáng chúng sẽ bắt đầu chuyển trạng thái Cảm biến quang sử dụng ánhsáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể Và khi có sự thayđổi ở bộ phận thu thì mạch điều khiển sẽ cho ra tín hiệu ở ngõ ra của cảm biến

Hình 2.4.Cảm biến quang điện.

2.3.2.Cấu tạo của cảm biến quang.

Hình 2.5 Cấu tạo của cảm biến quangCảm biến quang được cấu tạo gồm 3 bộ phận chính:

 Bộ phát ánh sáng: có chức năng phát ánh sáng dưới dạng xung (tần số) Bộphận này cảm nhận ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ

 Bộ thu ánh sáng: có chức năng tiếp nhận ánh sáng từ bộ phát sáng

 Mạch xử lý hiệu điện: có chức năng xử lý và tiếp nhận các tín hiệu từ bộ thuánh sáng mang về Chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzito quang thành tín hiệu

dạng ON/OFF được khuếch đại Khi lượng ánh sáng thu được vượt quá ngưỡngđược xác định, tín hiệu ra của cảm biến sẽ được kích hoạt.

2.4 Xi lanh khí nén.

2.4.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xi lanh khí nén.

Xi lanh khí nén là một thiết bị cơ học, sử dụng áp suất của khí nén để tạo ra lực chuyển động tịnh tiến hoặc momen xoắn cung cấp chuyển động cho thiết bị khác

Xi lanh khí nén giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác động lên piston trong lòng xi lanh và làm cho nó chuyển động, thông qua đó truyền động đến thiết bị

Hình 2.6 Cấu tạo của xi lanh khí nén

Cấu tạo của xi lanh khí nén bao gồm:

 Thân xi lanh: thường được cấu tạo dạng vuông hoặc hình trụ tròn, thân

xi lanh được chế tạo từ nhôm hoặc thép giúp tăng độ bền bỉ khi hoạtđộng

 Piston: dùng để đảm bảo cho các không gian xung quanh phần thân đượckín tránh hiện tượng khí nén tràn vào khoang bên cạnh

 Trục xi lanh: là bộ phận truyền chuyển động của khí nén theo chuyểnđộng tịnh tiến.

 Thanh giằng: Giúp cố định và gia cố thêm sự chắc chắn của hai đầu xilanh

 Lỗ cấp và thoát khí nén: Là nơi cung cấp khí nén đi vào hoặc đi ra khỏi

xi lanh

Nguyên lý hoạt động:

Khí nén được đưa vào bên trong xi lanh thông qua ống dẫn khí vào lỗ cấp khí.Khi đó lượng khí nén được tăng lên dần dần và sẽ chiếm lấy không gian bên trong xi lanh Điều này khiến piston phải dịch chuyển theo kiểu tịnh tiến tới lui

và truyền động điều khiển thiết bị bên ngoài Khí nén sẽ đi qua lỗ thoát khí ra và

xả ra môi trường bên ngoài, kết thúc 1 chu kỳ hoạt động Và xy lanh sẽ vận hànhcho đến khi người điều khiển ngắt khí

2.5 Băng chuyền - Băng tải

2.5.1.Tổng quan về băng tải.

Băng tải là thiết bị dùng để vận chuyển sản phẩm,hàng hóa từ vị trí này đến vị trí khác tùy vào ý muốn người dử dụng mà không tốn quá nhiều thời gian.Các dây chuyển băng tải kết hợp với hệ thống tự động giúp cho quá trình sản xuất, vận chuyển trở nên nhanh chóng và chính xác hơn Hệ thống băng tải được sử dụng rộng rãi giúp nâng cao hiệu quả sản xuất, rút ngắn thời gian và nhân lực cho các doanh nghiệp

2.5.2 Cấu tạo của băng tải.

Hình 2.7.Băng tải

Cấu tạo của băng tải gồm:

 Khung băng tải

 Mặt băng tải

 Con lăn chủ động và con lăn bị động

 Chân tăng chỉnh bánh xe, thành chắn,…

 Bộ điều khiển băng tải gồm: biến tần điều khiển, cảm biến, PLC,…

 Động cơ giảm tốc với nhiều công suất

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 Hình ảnh về thiết kế bằng HMI và mô phỏng bằng SCADA.

Khi khởi động hệ thống ở chế độ tự động (Auto):

Khi khởi động hệ thống ở chế độ bằng tay (Manual):

Các cảnh báo sẽ xảy ra nếu hệ thống bị lỗi: (Cảnh báo Alarm)

Đồ thị Trend:

Chức năng liên kết với website:

Liên kết với file PDF trong máy tính:

Trích xuất lưu trữ dữ liệu sang SQL Server:

CHƯƠNG 4 GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 4.1 Hoạt động của hệ thống

Hệ thống hoạt động bằng cách nhấn nút Start (bắt đầu) để khởi động đèn chạy hệ thống

Hình 4.1.Khởi động hệ thống

Hệ thống được tắt bởi nút nhấn Stop (Dừng) để tắt đèn khởi động, dừng các chế độ hoạt động của hệ thống, băng tải và sản phẩm

Hình 4.2.Dừng hệ thống

Hệ thống sẽ được dừng toàn bộ lại nếu ta nhấn nút Reset sẽ tắt các chương trình đang chạy của hệ thống.

Hình 4.3.Dừng toàn bộ hệ thống

Khi đèn khởi động hệ thống được bật, ta chọn chế độ điều khiển tự động hệ thống sẽ được chuyển sang chế độ tự động và bật đèn báo bên cạnh đó sẽ tắt chế độ bằng tay

Hình 4.4 Khởi động chế độ tự động

Khi đèn khởi động hệ thống được bật, ta chọn chế độ điều khiển bằng tay hệ thống sẽ được chuyển sang chế độ bằng tay và bật đèn báo bên cạnh đó sẽ tắt chế độ tự động.

Hình 4.5 Khởi động chế độ bằng tay

Hàm để mô phỏng các quá trình của hệ thống và các cảnh báo sẽ xảy ra

Hình 4.6 Mô phỏng hệ thống và cảnh báo

Ở chế độ điều khiển bằng tay:

Ta có các nút nhấn để bật và tắt băng tải, động cơ, xi lanh 1, xi lanh 2, xi lanh 3

Hình 4.7.Điều khiển băng tải và xi lanh

Hình 4.8 Điều khiển xi lanh

Ở chế độ điều khiển tự động:

Khi đèn khởi động được bật, chế độ được chọn là tự động thì khi đó băng tải, xi lanh 1

và sản phẩm đỏ sẽ được bật.Xi lanh 1 được mở để thả vật rơi xuống băng chuyền và vật được mô phỏng đầu tiên là sản phẩm đỏ

Hình 4.9.Khởi động chế độ tự độngKhi đèn khởi động hoạt động, cảm biến phát hiện sản phẩm màu đỏ thì bộ đếm sản phẩm đỏ sẽ được tăng lên 1 và khởi động biến để tạm dừng cảm biến màu đỏ

Hình 4.10.Tác động của cảm biến phát hiện vật màu đỏ.

Khi biến tạm dừng của cảm biến sản phẩm đỏ hoạt động bộ đếm thời gian lên 1s sẽ bật

xi lanh 2 để đẩy vật khởi băng tải xuống thùng chứa bên cạnh đó tạm dừng băng tải và tắt biến tạm dừng của cảm biến

Hình 4.11.Cảm biến phát hiện sản phẩm màu đỏ

Khi xi lanh 2 tác động sẽ kích hoạt biến đếm thời gian lên 1s và khi đó sẽ khởi động lại băng tải và xi lanh 2 sẽ thụt lại để tiếp tục quá trình

Hình 4.12 Xi lanh 2 hoạt động

Khi đèn khởi động hoạt động, cảm biến phát hiện sản phẩm màu xanh thì bộ đếm sản phẩm xanh sẽ được tăng lên 1 và khởi động biến để tạm dừng cảm biến màu xanh

Hình 4.13.Tác động của cảm biến phát hiện vật màu xanh.

Khi tạm dừng của cảm biến sản phẩm xanh hoạt động bộ đếm thời gian lên 1s sẽ bật xilanh 3 để đẩy vật khởi băng tải xuống thùng chứa bên cạnh đó tạm dừng băng tải và tắtbiến tạm dừng của cảm biến

Hình 4.14 Cảm biến phát hiện sản phẩm màu xanh

Khi xi lanh 3 tác động sẽ kích hoạt biến đếm thời gian lên 1s và khi đó sẽ khởi động lại băng tải và xi lanh 3 sẽ thụt lại để tiếp tục quá trình

Hình 4.15 Xi lanh 3 hoạt động

Khi cảm biến phát hiện sản phẩm màu vàng thì bộ đếm sản phẩm vàng sẽ được tăng lên 1 và sản phẩm sẽ rơi vào thùng chứa

Hình 4.16 Tác động của cảm biến phát hiện vật màu vàng.

Mô phỏng quá trình di chuyển của vật:

Khi đèn khởi động bật, bộ đếm thời gian lên 100Ms sẽ tác động 1 lần

Hình 4.17.Tác động của bộ đếm thời gian

Khi thỏa mãn các điều kiện như đèn báo, băng tải và sản phẩm đỏ được bật,sản phẩm xanh và sản phẩm vàng được tắt thì sẽ khi đó biến mô phỏng sản phẩm đỏ sẽ tăng thêm 1

Hình 4.18.Mô phỏng sản phẩm đỏ

Khi mô phỏng sản phẩm đỏ vật từ vị trí 0 trên băng chuyền sẽ di chuyển khi đạt vị trí lớn hơn hoặc bằng 85 thì cảm biến phát hiện vật đỏ sẽ tác động và khi vị trí lớn hoặc bằng 100 thì biến sản phẩm đỏ sẽ tắt, xi lanh 2 và sản phẩm xanh sẽ được bât.Vị trí sảnphẩm đỏ sẽ chuyển về 0 (vị trí ban đầu)

Hình 4.19 Mô phỏng quá trình di chuyển của sản phẩm đỏ.

Khi thỏa mãn các điều kiện như đèn báo, băng tải và sản phẩm xanh được bật,sản phẩm đỏ và sản phẩm vàng được tắt thì sẽ khi đó biến mô phỏng sản phẩm xanh sẽ tăng thêm 1

Hình 4.20 Mô phỏng sản phẩm xanh

Khi mô phỏng sản phẩm xanh vật từ vị trí 0 trên băng chuyền sẽ di chuyển khi đạt vị trí lớn hơn hoặc bằng 86 thì cảm biến phát hiện vật xanh sẽ tác động và khi vị trí lớn hoặc bằng 100 thì biến sản phẩm xanh sẽ tắt, xi lanh 3 và sản phẩm vàng sẽ được bât.Vị trí sản phẩm xanh sẽ chuyển về 0 (vị trí ban đầu)