HỆ THỐNG PHÂN LOẠI sản PHẨM THEO KHỐI LƯỢNG, có CODE

Ứng dụng phân loại sản phẩm theo khối lượng, được điều khiển thông qua PLC vàgiám sát trên màn hình Scada là một lựa chọn hoàn toàn phù hợp và thông mình rút ngắnthời gian, công nhân cũn

THEO KHỐI LƯỢNG, CÓ CODE

3.2 Thiết kế mô hình 24

Hình 3.21 Bảng SQL 26

Bảng 3.1.4 Thông số đèn 12

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

PWM Pulse Width Modulation

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ ÁN 1.1 Giới thiệu đề tài

Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa, và sự phát triển vực bậc của mạnginternet, trí thông minh nhân tạo, robot… Đã từng bước được ứng dụng và phát triểntrong các ngàng công nghiệp, sản xuất của nước ta

Việc thiết kế theo dõi giám sát mô hình đòi hỏi phải có sự chính xác độ tinh cậy cao vàPLC là thiết bị được ra đời và có thể đáp ứng tất cả các yêu cầu và vấn đề trên

Ứng dụng phân loại sản phẩm theo khối lượng, được điều khiển thông qua PLC vàgiám sát trên màn hình Scada là một lựa chọn hoàn toàn phù hợp và thông mình rút ngắnthời gian, công nhân cũng như thời gian phân loại và di chuyển sản phẩm

1.2 Mục đích của nghiên cứu

- Hiểu cơ bản về cách xây dựng thiết kế một chương trình điều khiển sản xuất sử dụng PLC, giám sát trên Scada thực tế

- Cách điều khiển động cơ bước, các mạch điện tử thông minh

- Biết về cách thức hoạt động lưu trữ, quản lý thông qua phần mền SQL

- Tìm hiểu thêm nhiều tính năng mới của PLC

1.3 Đối tượng nghiêm cứu

Tìm hiểu thiết kế phân loại các sản phẩm có khối lượng nhỏ giới hạn với mức cân và

có ba mức hạn định cân là nhẹ, trung bình, nặng, cách lưu trữ thông tin cũng như giám sáthoạt động của mô hình

1.5 Kết quả

- Tạo ra hệ thống phận loại theo khối lượng, có ba hạn mức cân

- Có màn hình theo dõi giám sát, điều khiển Scada

- Lưu trữ dữ liệu ra excel

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cảm biến LoadCell

2.1.1 Giới thiệu về cảm biến Loadcell

Loadcell là thiết bị cảm biến dùng để chuyển đổi lực hoặc trọng lượng thành tín hiệu điện Loadcell là một ứng dụng phổ biến của strain gauge Nó chuyển đổi một lực như lực căng, lực nén, áp suất hoặc mô-men xoắn thành tín hiệu điện có thể được đo và chuẩnhóa Khi lực tác dụng lên cảm biến lực tăng lên, tín hiệu điện thay đổi theo tỷ lệm, là một

bộ cảm biến được sử dụng để tạo ra một tín hiệu điện có độ lớn tỉ lệ thuận với lực đo được Các loại cảm biến lực phổ biến nhất được sử dụng là máy đo thủy lực, khí nén và máy đo biến dạng

- Load - một thanh kim loại chịu tải có tính đàn hồi

Hình 2.2 Cấu tạo Loadcell

Một loadcell thường bao gồm các strain gauges được dán vào bề mặt của thân loadcell.Thân loadcell là một khối kim loại đàn hồi và tùy theo từng loại loadcell và mục đích sử dụng loadcell, thân loadcell được thiết kế có hình dạng đặc biệt khác nhau và chế tạo bằng vật liệu kim loại khác nhau (nhôm hợp kim, thép không gỉ, thép hợp kim)

2.1.3 Nguyên lý hoạt động

Hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone Giá trị lực tác dụng tỉ

lệ với sự thay đổi điện trở cảm ứng trong cầu điện trở, và do đó trả về tín hiệu điện áp tỉ lệ

Hình 2.3 Mạch cầu Wheatstone

2.2 Cảm biến quang

2.2.1 Giới thiệu cảm biến quang

Cảm biến quang (tên tiếng anh là Photoelectric Sensor) là tổ hợp của các linh kiện quang điện Thiết bị này khi tiếp xúc với ánh sáng chúng sẽ thay đổi trạng thái, cảm biến quang sử dụng ánh sáng phát ra từ bộ phận phát để phát hiện sự hiện diện của vật thể

Khi có sự thay đổi ở bộ phận thu thì mạch điều khiển của cảm biến quang sẽ cho ra tínhiệu ở ngõ out Cảm biến quang là thiết bị đóng vai trò rất quan trọng trong lĩnh vực côngnghiệp tự động hóa

Hình 2.4 Cảm biến quang NPN

2.2.2 Cấu tạo

Thông thường thì với một cảm biến quang chúng ta sẽ có 3 bộ phận chính bao gồm

bộ phận phát sáng, bộ phận thu sáng và mạch xử lý tín hiệu đầu ra

Hình 2.5 Cấu tạo NPN

- Bộ phận thu sáng: Thông thường đối với một cảm biến quang thì bộ thu sáng là mộtphototransistor hay còn gọi là tranzito quang Bộ phận này cảm nhận ánh sáng vàchuyển đổi thành tín hiệu điện tỉ lệ

- Bộ phận phát sáng: Hầu hết thì các loại cảm biến quang thường sử dụng đèn bándẫn LED và ánh sáng được phát ra thường sẽ theo dạng xung Nhịp điệu xung đặcbiệt giúp cảm biến phân biệt được ánh sáng của cảm biến và ánh sáng từ các nguồnkhác (như ánh nắng mặt trời hoặc ánh sáng trong phòng) Các loại LED thông dụngnhất là LED đỏ, LED hồng ngoại hoặc LED lazer Một số dòng cảm biến đặc biệtdùng LED trắng hoặc xanh lá Ngoài ra thì trong một số trường hợp chúng ta cũng

có thể thấy loại LED vàng

- Mạch xử lý tín hiệu đầu ra: Mạch đầu ra chuyển tín hiệu tỉ lệ (analogue) từ tranzitoquang thành tín hiệu ON/OFF được khuếch đại Khi lượng ánh sáng thu được vượtquá mức ngưỡng được xác định, tín hiệu ra của cảm biến được kích hoạt Mặc dùmột số loại cảm biến thế hệ trước tích hợp mạch nguồn và dùng tín hiệu ra là tiếpđiểm rơ-le (relay) vẫn khá phổ biến, ngày nay các loại cảm biến chủ yếu dùng tínhiệu ra bán dẫn (PNP/NPN) Một số cảm biến quang còn có cả tín hiệu tỉ lệ ra phục

vụ cho các ứng dụng đo đếm

2.2.3 Nguyên lý hoạt động

Cảm biến dạng này sẽ hoạt động theo 2 trạng thái duy nhất đó là:

- Trạng thái báo phát hiện vật cản: cảm biến phát ánh liên tục từ bộ phát đến bề

mặt vật cản Ánh sáng phản xạ đi ngược về vị trí thu sáng

- Trạng thái không vật cản: Khi không có vật cản đi vào, ánh sáng không phản

xạ về vị trí thu được hoặc bề mặt vật không phản xạ ánh sáng về vị trí thu

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 3.1 Sơ đồ khối

Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống

3.1.1 Khối PLC

Chức năng: Là thiết bị lập trình dùng để điều khiển các hệ thống tự động hóa trong công nghiệp Cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lậptrình như Ladder, State Logic hay Code C

Nút Nhấn(3)

Đèn báo (4)PLC S7-1200 (1)

SCADA (2)

Băng tải(6)Cảm biến

Tính năng: Có thể đo lường, điều khiển vị trí, điều khiển quá trình… 6 bộ đếm tốc độ cao (high speed counter) dùng cho các ứng dụng đếm và đo lường, trong đó có 3 bộ đếm 100kHz và 3 bộ đếm 30kHz.

2 ngõ ra PTO 100kHz để điều khiển tốc độ và vị trí động cơ bước hay bộ lái servo (servo drive)

Ngõ ra điều rộng xung PWM, điều khiển tốc độ động cơ, vị trí valve, hay điều khiển nhiệt độ…

16 bộ điều khiển PID với tính năng tự động xác định thông số điều khiển (auto-tune

Chức năng: nút nhấn công nghiệp là một dạng công tắc dùng để đóng ngắt thiết bị từ

xa, thường được đặt trên bảng điều khiển hoặc tủ điện

Các nút nhấn ON,OFF, MAN, AUTO,RESERT

Công suất tiếp điểm U: AC 660V; I: 10A

Trở kháng đầu vào (Ω ) 1066 +- 20 Trở kháng ngõ ra (Ω ) 1000 +- 20 Trở kháng cách li (MΩ) 50V 2000

Điện áp hoạt động 5VDC

Nhiệt độ hoạt động -20 ~ 65 độ C Safe Overload %RO 120

Ultimate overload %RO 150

Chất liệu cảm biến Nhôm

Dây đỏ Ngõ vào ( + ) Dây đen Ngõ vào ( – ) Dây xanh Lá Ngõ ra ( + ) Dây trắng Ngõ ra ( – )

- Mạch khuyết đại YJ-S60

Hình 3.6 Mạch khuyết đại Loadcell

20mA

- Cảm biến quang

Hình 3.7 Cảm biến quang

Thông số kỹ thuật.

Bảng 3.1.5 Thông số cảm biến quang

Cảm biến vật cản hồng ngoại E3F-DS30C4 NPN 6-36VDC

Kích thước đường kính ngoài 18mm

Băng tải mini chiều dài tới 50cm, giúp ta thể hiện được các công đoạn quy trình, như

hệ thống cấp phối tự động, hệ thống phân loại sản phẩm, … Băng tải mô hình nhưng cũng khá dài, chiều dài tới 50cm, có thể hiện được các công đoạn quy trình Như hệ thống cấp phôi tự động, hệ thống phân loại sản phẩm

Mô hình băng tải mini bao gồm:

Động cơ 24v kèm giảm tốc, băng tải khung, tấm nhựa, con lăn, kích thước: 50cm x 6cm x 10cm…

Phương thức kết nối Dây dẫn đơn cực 6 dây

Kháng cuộn dây 1.4 om/pha

- Mạch driver TB6600:

Hình 3.10 Mạch driver

Driver điều khiển động cơ bước Microstep 3.5A 40VDC sử dụng IC Driver là

SI09AFTG của Japan cho khả năng điều khiển động cơ bước 2 pha với công suất tối đa lên đến 3.5A 40VDC, chức năng và cách sử dụng hoàn toàn tương tự với Driver TB6600 thường thấy trên thị trường tuy nhiên độ phân giải tăng đến 1/32 step Driver có thiết kế

vỏ kim loại chống nhiễu, chắc chắn, bền bỉ, với tản nhiệt lớn cho hoạt động ổn định cao nhất

Thông số kỹ thuật.

Bảng 3.1.7 Thông số Arduino

Điện áp hoạt động 5VDC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12VDC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

3.1.8 SQL

Chức năng: là chương trình tạo, chỉnh sửa và lưu trữ cơ sở dữ liệu cho hệ thống

- Phần mềm SQL Server Management Studio (SSMS) giúp quản lí và truy xuất dữ liệu từ server

Hình 3.12 Ứng dụng SQL

-3.2 Thiết kế mô hình

3.2.1 Thiết kế phần cứng

3.2.1.1 Mô hình băng tải

Hình 3.13 Băng tải 3.2.1.2 Khối đẩy sản phẩm

Hình 3.14 Khối đẩy

3.2.1.3 Khối cân sản phẩm

Hình 3.15 Khối cân 3.2.1.4 Mô hình hoàn chỉnh

Hình 3.16 Mô hình

3.2.2 Thiết kế dữ liệu cho hệ thống

Bảng 3.2 Quy ước tín hiệu

dữ liệu

Địa chỉ PLC

Địa chỉ SCADA

OUTPUT

INPUT

3.3.1 Tạo kết nối giữa PLC với Wincc

Thiết kế trên phần mềm TIA V15, PLC S7-1200 1212C DC-DC-DC kết nối với Scada

và Wincc Professional bằng cổng truyền thông Profinet

Hình 3.17 Kết nối PLC và Scada

3.3.2 Thiết kết giao diện trên Wincc

- Giao diện giám sát chính: Gồm có các nút nhấn điều khiển hệ thống, mô phỏng giống phần cứng, có các khung nhập dữ liệu, đếm sản phẩm

Hình 3.18 Màn hình Scada chính

- Màn hình điều khiển gồm có các chứ năng sau:

● Bật tắt hệ thống, với các nút nhấn START, STOP

● Chế độ hoạt động và điều khiển AUTO, MANU

● Các đèn báo hoạt đông

Hình 3.19 Màn hình điều khiển

- Bảng giám sát trực tiếp: Hiển thị các giá trị cân và sản phẩm

Hình 3.20 Bảng báo cáo

3.3.3 Tạo kết nối với SQL ra excel

- Tạo bản và cột hiển thị giá trị trên SQL

Hình 3.21 Bảng SQL

- Xuất ra file excel

Hình 3.22 File Excel

- Tạo Scripts kết nối với SQL:

Hình 3.23 Tạo liên kết

- ODBC Data Source (kết nối cơ sở dữ liệu mở) giúp tạo kết nối giữa SQL với phần mềm Wincc

Hình 3.24 ODBC

3.3.4 Sơ đồ đấy dây

Hình 3.25 Sơ đồ đấu dây

CHƯƠNG 4 GIẢI THUẬT VÀ ĐIỀU KHIỂN 4.1 Nguyên lý hoạt động

- Hệ thống hoạt động khi ta nhấn nút START và đèn nguồn sáng

- Hệ thống gồm có hai chế độ hoạt động chính là MAN,AUTO

- Ban đầu hệ thống sẽ hoạt động chế độ mặc định đó là chế độ MAN, và ta có thể đổi chế độ hoạt động bằng nút nhấn điều khiển MODE, đồng thời cũng có thể điềukhiển thông qua màn hình Scada trên máy tính

- Khi ta nhấn nút MODE hệ thống sẽ hoạt động ở chế độ AUTO, set giá trị cân trong khoảng dãy phân loại nhẹ, trung bình Nếu giá trị cân nhỏ hơn khoảng này thì được chọn là sản phẩm nhẹ, còn nếu sản phẩm cân trong khoảng giá trị cài đặt thì sẽ được chọn là sản phẩm trung bình, cuối cùng nếu giá trị cân vực qua mức càiđặt thì sẽ được chọn là sản phẩm nặng Ta tiến hành đưa sản phẩm vào vị trí cân, lúc này băng tải cũng hoạt động, ta sẽ đặt vật vừa cân lên băng tải

● Trường hợp 1: Nếu sản phẩm được cân là sản phẩm nhẹ thì sẽ được khối đẩy sản phẩm nhẹ gạc ra khối băng tải

● Trường hợp 2: Nếu sản phẩm được cân là sản phẩm trung bình thì sẽ được khối đẩy sản phẩm trung bình gạc ra khối băng tải

● Trường hợp 3: Nếu sản phẩm được cân là sản phẩm nặng thì sẽ đi hết băng tải

- Khi loadcell hoạt động và cân sản phẩm thì giá trị cân này sẽ được Wincc lưu trữ trong SQL và sẽ được xuất ra Excel để kiểm tra, ngoài ra có thể kiểm tra thông qua bản table trên Scada

- Nhấn STOP hệ thống ngưng hoạt động

- Nhấn RESET các giá trị cài đặt về 0

4.2 Lưu đồ giải thuật

CHƯƠNG 5 THỰC NGHIỆM 5.1 Tiến trình thực nghiệm

- Bước 1: Nhấn START chương trình hoạt động

- Bước 2: Chương trình MAN hoạt động, điều khiển bằng nút nhấn

- Bước 3: Nhấn MODE để lựa chọn chế AUTO

- Bước 4: Nhập giá trị giới hạn cho loadcell

- Bước 5: Đặt sản phẩm vào vị trí cân

- Bước 6: Giám sát và kiểm tra mô hình hoạt động

- Bước 7: Nhấn STOP hệ thống dừng hoạt động

- Bước 8: Lưu dữ liệu trong Excel

5.2 Kết quả thực nghiệm

- Bước 1: Nhấn START chương trình hoạt động

Hình 5.1 Chạy chương trình

Hình 5.2 Chế độ hoạt động MAN

- Bước 3: Nhấn MODE để lựa chọn chế độ AUTO

Hình 5.3 Điều khiển AUTO

- Bước 4: Nhập giá trị cho loadcell

Hình 5.4 Khởi tạo giá trị

- Bước 5: Đặt sản phẩm vào vị trí cân.

Hình 5.5 Vị trí cân

-

Hình 5.8 Dữ liệu excel

5.3 Kết luận thực nghiệm

Chương trình hoạt động đúng yêu cầu, màn hình giám sát scada hoạt động bình thường, dữ liệu trên Loadcell được lưu trữ trên SQL và xuất đúng ra file Excel

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 6.1 Ưu điểm

- Loadcell bị nhiễu giá trị cân không chính xác

- Cần nhiều kiến thức chuyên ngàng it và điện để có thể ứng dụng trong phát triển

- Phần cứng hạn chế nên chỉ có thể phân 3 loại sản phẩm

TÀI LIỆU KHAM KHẢO

Tiếng việt

[1] ThS Huỳnh Minh Ngọc (Tháng 9-2009) Bài giảng: ĐO LƯỜNG VÀ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH Trường đại học Công Nghiệp TP HỒ CHÍ MINH khoa công nghệ điện tử bộ môn

điều khiển tử động hóa

[2]TS NGÔ VĂN THUYÊN, KS PHẠM QUANG HUY (2017) Lập trình với PLC S7 1200 & S7 1500 Nhà xuất bản Thanh niên.

[3] Hoàng Minh Sơn (2009) Cơ sở hệ thống điều khiển quá trình, Nhà xuất bản bách khoa hà

nội

PHỤ LỤC Chương trình của PLC

Man

Điều khiển bằng tay

Điều khiển tự động