BÁO CÁO CUỐI KỲ PLC(có kèm theo file mô phỏng thành công): THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO SỬ DỤNG PLC S7-1200 VÀ FACTORY IO

Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, do đó các mặt hàng được sản xuất ra không những đạt tiều chuẩn về chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độ chính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng… Vì vậy các khu công nghiệp được hình thành với nhiều dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại để phối hợp với nhu cầu sản xuất, để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất. Trong các nhà máy, các sản phẩm được sản xuất ra trước khi được xuất xưởng thì phải trải qua nhiều giai đoạn kiểm tra và phân loại sản phẩm theo các tiêu chí do nhà sản xuất yêu cầu. Cụ thể ở các nhà máy phân loại trái cây ta có thể nhận biết màu sắc của trái cây mà đánh giá chất lượng và phân loại sản phẩm, hay ở các kho hàng của Tiki, lazada, … cần có một hệ thống phân loại các mặt hàng khác nhau để có thể giao cho khách hàng hợp lý và tốn ít chi phí vận chuyển. Để hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của các dây chuyền phân loại trong công nghiệp và ứng dụng PLC trong công nghiệp, nhóm chúng em thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO”.

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN -⸙∆⸙ -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÂN

LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 3

1.2 MỤC TIÊU 3

1.3 NỘi DUNG NGHIÊN CỨU 3

1.4 GIỚI HẠN 3

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 4

2.1 YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN 4

2.2TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG 4

2.2.1 Sơ đồ khối chức năng 4

2.2.2 Chọn thiết bị cho các khối 4

 Tủ điện 4

 Cảm biến chiều cao 5

 Cảm biến màu sắc 5

 Băng tải 7

 Pop Up Wheel Sorter 8

 Pusher 9

 Van khí nén 9

 PLC 10

2.3Sơ đồ nối dây thiết bị 11

2.3.1Mạch nối dây PLC 11

2.3.2Mạch động lực 12

2.3.3Mạch khí nén 12

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG 14

3.1 Giới thiệu về Factory I/O 14

3.2Thiết kế hệ thống ảo trên Factory I/O 14

3.3 Giao tiếp Factory I/O và PLCSIM 17

3.4 Vận hành hệ thống 23

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 25

4.1 Kết quả đạt được 25

4.2Kết luận 25

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay đất nước ta đang trong quá trình phát triển và hội nhập, do đó các mặt hàngđược sản xuất ra không những đạt tiều chuẩn về chất lượng, mà còn đòi hỏi phải có độchính xác cao về hình dạng, kích thước, trọng lượng… Vì vậy các khu công nghiệp đượchình thành với nhiều dây chuyền thiết bị máy móc hiện đại để phối hợp với nhu cầu sảnxuất, để tạo ra năng suất cao hơn trong quá trình sản xuất Trong các nhà máy, các sảnphẩm được sản xuất ra trước khi được xuất xưởng thì phải trải qua nhiều giai đoạn kiểm tra

và phân loại sản phẩm theo các tiêu chí do nhà sản xuất yêu cầu Cụ thể ở các nhà máy phânloại trái cây ta có thể nhận biết màu sắc của trái cây mà đánh giá chất lượng và phân loạisản phẩm, hay ở các kho hàng của Tiki, lazada, … cần có một hệ thống phân loại các mặthàng khác nhau để có thể giao cho khách hàng hợp lý và tốn ít chi phí vận chuyển Để hiểu

rõ hơn về cách thức hoạt động của các dây chuyền phân loại trong công nghiệp và ứng dụng

PLC trong công nghiệp, nhóm chúng em thực hiện đề tài “THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG

HỆ THỐNG PHÂN LOẠI SẢN PHẨM THEO MÀU SẮC VÀ CHIỀU CAO”.

Sử dụng các cảm biến để phân loại màu sắc và chiều cao

Sử dụng các kiến thức đã học để viết chương trình

Mô hình được mô phỏng trên FACTORY IO

KHỐI NGUỒN

PLC S7 1200

KHỐI PHÂN LOẠI MÀU SẮC

KHỐI PHÂN LOẠI CHIỀU CAO

KHỐI VẬN CHUYỂN

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ 2.1 YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN

Phân loại theo màu sắc : Mô hình nhận diện được các sản phẩm theo 3 màu (màu xanh lam ,màu xám , màu lục ) và được các xilanh để đẩy qua các bang tải theo từng loại màu riêng biệt Phân loại theo chiều cao : Mô hình nhận diện được 2 loại hộp là S và L để đưa qua các bangtải tương ứng

2.2TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG

2.2.1 Sơ đồ khối chức năng

2.2.2 Chọn thiết bị cho các khối

 Tủ điện

+ Có nhiệm vụ khởi động hay dừng hệ thống khi ta tác động vào nút nhấn

+ Thiết bị chọn lựa: Electric Swicthboard, Start Button, Stop Button, Stop Light, StartLight

Bảng thông số:

Tiêu chuẩn IEC 61439 - 1

Điện áp cách điện định mức (Ui) V 1000 VAC

Điện áp chịu được xung định mức (Uimp)

Tần số định mức (Hz) 50/60

Điện áp hoạt động định mức (Trong A) Lên đến 400A

Định mức điện áp chịu đựng trong thời gian

ngắn Icw (kA / 1s)

25 (100 – 250 – 400A)

35 (630 – 800A)Định mức cao nhất chịu được Ipk hiện tại

Hệ thống tiếp đất TNC TNS CNTT TT

 Cảm biến chiều cao

+ Có nhiệm vụ nhận biết được vật phẩm dựa trên chiều cao

+ Thiết bị chọn lựa: Diffuse Sensor

Bảng thông số:

Loại Cảm biến & đầu dò - Cảm biến - Cảm biến ánh

sáng - Cảm biến quang điện khoảng cách

Tên thiết bị Cảm biến quang điện, cảm biến khoảng cách, 1m

- Có nhiệm vụ nhận biết được vật dựa trên màu sắc

- Thiết bị chọn lựa: Vision Sensor

Tên chân Mô tả

S1, S0 (1,2) Ngõ vào chọn tỉ lệ tần số ngõ ra

OE (3) Ngõ vào cho phép xuất tần số ở chân OUT (tích cực mức

thấp)GND (4) Chân nối đất

VDD (5) Chân cấp nguồn (2,7 – 5,5V)

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

Thông số kĩ thuật:

 Chuyển đổi cường độ ánh sáng 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 vi điều khiển

 Điện áp: 2.7 – 5.5V

 Kích thước: 28.4 x 28.4mm

 Tần số ngõ ra có độ rộng xung 50%

 Tần số tỉ lệ với ánh sáng có cường độ và màu sắc khác nhau.

+ Curved Belt Conveyor:

 Pop Up Wheel Sorter

+ Có nhiệm vụ xoay phải hoặc trái có tác dụng làm cho sản phẩm chuyển hướng theo yêu cầumong muốn

+ Thiết bị chọn lựa: Pop Up Wheel Sorter

Độ rộng 15.7”-31.5”

Nguồn cấp 220V / 50HzĐiện năng tiêu thụ 2.5KWTải trọng tối đa 50kgTốc độ 250 FPMGóc phân loại 30, 45, 60, 90, 180

+ Thu nhận thông tin và điều khiển hệ thống

+ Thiết bị chọn lựa “PLC S7-1200 CPU 1211C DC/DC/DC (6ES7212-1AE40-0XB0)”

Thông số:

2.3Sơ đồ nối dây thiết bị 2.3.1Mạch nối dây PLC

2.3.2Mạch động lực

2.3.3Mạch khí nén

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 Giới thiệu về Factory I/O

Factory I/O là một phần mềm thiết kế và mô phỏng các hệ thống điều khiển tự động

hoá theo cách trực quan nhất Phần mềm có thể giao tiếp gần như với mọi PLC Với bộ thưviện phong phú, phần mềm Factory IO mô phỏng được các hệ thống, đối tượng thông dụngtrong hệ thống tự động hoá dưới dạng 3D Nhờ vào phần mềm này người ta có thể tính toáncác thông số cho chạy thử mô phỏng và thiết kế được nhà máy thật, khắc phục các lỗi tại nhàmáy một cách dễ dàng

3.2Thiết kế hệ thống ảo trên Factory I/O

Hệ thống được thiết kế bằng các thiết bị như sau:

Emitter 1 Tạo ra sản phẩm

Remover 5 Thu hồi sản phẩm

Belt conveyor (6m) 4 Để vận chuyển

sản phẩm

Belt conveyor(4m) 4 Để vận chuyển

sản phẩm

Pusher 3

Đẩy sản phẩmvào băng chuyềntương ứng

Vision sensor 3

Dùng để nhậnnhiện màu sắctheo từng sảnphẩm

Diffuse sensor 2

Dùng để nhậndiện chiều caocủa sản phẩm

Pop up wheel sorter 1

Dùng để chuyểnhướng sản phẩmsau khi đượcphân loại theochiều cao

Safeguard (L) 26

Để bảo vệ hệthống và giảmthiểu tai nạn

Safety door 2 Cửa ra vào

Aligner 15

Giúp sản phẩmkhông văng khỏibăng chuyền

Wheel aligner 3

Định hướng sảnphẩm trở lại băngchuyền

Mô hình của hệ thống sau khi lắp ráp các thiết bị:

3.3 Giao tiếp Factory I/O và PLCSIM

Sau khi thiết kế được hệ thống 3D trên FACTORY IO thì tiến hành viết chương trình đểđiều khiển hệ thống trên phần mềm TIA PORTAL

Đầu tiên để Factory IO có thể giao tiếp với PLC ta phải có khôi FC9000, này có thểđược tải về từ trang thủ Factory IO

Hình 3-4: Chương trình dùng chạy ngắt các băng tải còn lại

Sau đó ta sẽ viết chương trình để khi cảm biến phát hiện vật theo màu sắc phù hợp thìpusher tương ứng sẽ đẩy hàng vào băng tải tương ứng, từ đây có thể phân loại màu sắc của cácsản phẩm khác nhau

Hình 3-5: Viết chương trình cho cảm biến lam và pusher lam

Hình 3-6: Viết chương trình cho cảm biến xám và pusher xám

Hình 3-7: Viết chương trình cho cảm biến lục và pusher lục

Sau đó, ta sẽ viết chương trình cho khâu phân loại chiều cao, ở khâu này khi cảm biếnthấp nhận được tín hiệu có sản phẩm thì sản phẩm sẽ được đưa sang bên trái, khi cảm biếnthấp và cao đồng thời nhận được tín hiệu sản phẩm thì sản phẩm sẽ được đưa sang bên phải

Hình 3-8: Viết chương trình phân loại sản phẩm theo chiều cao

Cuối cùng ta viết chương trình cho đèn nút nhấn Start, Stop, Emitter và các Remover

Hình 3-9: Viết chương trình cho các đèn nút nhấn Start Stop

Hình 3-10: Viết chương trình cho các emitter và remover

Sau khi thiết kế và viết chương trình hoàn tất, tiến hành kết nối FACTORY I/O vàPLCSIM:

- Trong quá trình kết nối phải đảm bảo PLCSIM luôn chạy

- Chọn FILE → Driver(F4) để hiện ra cửa sổ giúp chúng ta kết nối

- Sau đó tiến hành gán các nhãn ngõ vào và ngõ ra vào các chân tương ứng trên PLC-S7

1200

Ở khâu phân loại màu sắc sản phẩm tùy vào màu sắc của hàng hóa mà pusher sẽ đẩyvào các băng tải khác nhau Pusher có thể làm được điều này nhờ vào cảm biến màu sắc đượcgắn ở đó Cảm biến này phát hiện ra màu sắc đưa về PLC và PLC ra lệnh cho pusher hoạtđộng.

Hình 3-12: Phân loại sản phẩm theo màu sắc

Ở khâu phân loại sản phẩm theo chiều cao, nhờ vào cảm biến tiệm cận phát hiện chiềucao hàng hóa từ đó đưa về PLC và PLC ra lệnh cho popup-wheel sorter chuyển hàng qua phảihay qua trái tùy vào kích thước sản phẩm

Hình 3-13: Phân loại sản phẩm theo chiều cao

Từ đó, ta có thể thiết kế được hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc và chiều cao và

sử dụng trong khâu sản xuất trong công nghiệp

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 4.1 Kết quả đạt được

Nhóm đã thiết kế thành công hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc và theo chiềucao Sử dụng các kiến thức đã học về các bộ cảm biến, khí nén và PLC để thiết kế hệ thống

Đã thực hiện được nối dây mạch động lực, mạch điều khiển, mạch khí nén, đọcdatasheet các thiết bị sản phẩm và chọn các thiết bị sản phẩm sao cho phù hợp với quy mô hệthống

Thiết kế được mô hình mô phỏng hệ thống phân loại sản phẩm theo màu sắc và chiềucao trên phần mềm mô phỏng Hiểu được các lệnh cơ bản của của TIA PORTAL, các biếnđược gán cho mỗi phần tử, kết hợp các lệnh để tạo thành một chương trình hoàn chỉnh Ngoài

ra còn có thể sử dụng Factory IO kết nối với PLC SIM qua driver để thực hiện mô phỏng nhàmáy ảo

Nhóm đã hiểu được tầm quan trọng của việc thiết kế nhà máy ảo trong việc thiết kế môhình thực tế với quy mô lớn

4.2Kết luận

Sau khi thực hiện đề tài nhóm đã có thêm kiến thức và kĩ năng về thiết kế hệ thống điềukhiển tự động Có khả năng lập trình PLC bằng phần mềm TIA PORTAL để kết nối vớiFactory IO và nối dây các thiết bị thực hiện các chức năng trong công nghiệp

Ngoài ra trong việc lập trình còn có nhiều khó khăn bất cập như việc các nguồn tài liệu

về PLC khá lớn và chưa nắm hết các thông số câu chữ trong datasheet, ngoài ra hệ thống còn

sử dụng khá nhiều cảm biến và không gian nên cần khắc phục, sử dụng ít cảm biến và phảiviết chương trình sao cho tối ưu nhất